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最近の研究成果

重金属廃水浄化 2021年9月9日発表

重金属廃水をもみがら・米ぬかと微生物で浄化-鍵となる微生物を特定して廃水処理条件を最適化-

独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構(以下「JOGMEC」という)と共同で、米ぬかを栄養源にした硫酸還元菌の活性を用いて、重金属を含む鉱山廃水を安定的に浄化する廃水処理装置の運転管理技術を確立した。日本国内には、稼働を休・停止した鉱山跡地が多く存在し、そこでは重金属を含む酸性の鉱山廃水が発生する場合がある。このような場所では、環境への悪影響を防止するために、廃水処理が続けられている。一般に鉱山廃水は、専用の設備や化学薬品を使って中和処理されるが、近年は、微生物活性を利用した低コスト・低環境負荷の処理技術に注目が集まっている。JOGMECは、農業廃棄物であるもみがらと米ぬかをそれぞれ微生物の担体と栄養源として活用し、硫酸還元菌の働きによって重金属を沈殿除去する装置の開発を行ってきた。しかし、装置内でどのような微生物が働いているかは未解明であったため、装置の安定的な維持管理方法が確立できていなかった。そこで、産総研とJOGMECは、処理装置に不可欠な微生物の特定と運転条件の最適化に取り組んだ。その結果、ある硫酸還元菌のみが嫌気度の低い環境に対して例外的に強く、この菌の活性を維持することが、安定な廃水処理に重要であることを明らかにした。この技術は、低コスト・低環境負荷で重金属を含む廃水を浄化できるため、鉱山廃水だけでなく産業廃水への応用も期待できる。

エネルギー・環境領域の最近の研究成果の概要図

低温耐性レジオネラ菌 2021年10月21日発表

南極の湖から新種のレジオネラ属菌の単離培養に成功-本属としては初の低温耐性菌-

第60次南極地域観測隊(2018年~2019年)が採取した南極の湖の堆積物からレジオネラ属菌を探索し、その培養に成功しました。培養された菌株を詳しく調べた結果、4~25℃という低温条件で増殖する新種であることが分かりました。さらに、低温条件でも細胞膜の流動性を高めうる不飽和脂肪酸を細胞内に溜め込むことや、自身のゲノム上で位置を転移し、ほかの遺伝子に影響を与える“動く遺伝子”を数多く持つなどユニークな特徴も明らかになりました。これらの特徴が低温への適応に関わっていると考えられます。研究チームは、この新種を、南極大陸にちなみLegionella antarctica (レジオネラ・アンタークティカ)と命名しました。低温耐性をもつレジオネラ属菌が発見されたのは初めてのことです。今後、この菌株を詳しく調べることで、低温環境におけるレジオネラ属菌の検出や抑制に繋がる知見が得られることが期待されます。

生命工学領域の最近の研究成果の概要図

酵素反応制御 2021年10月4日発表

計算科学による酵素機能改良の効率化-酵素改変部位の特定により目的の化合物の割合が向上-

酵素反応を制御するアミノ酸部位を予測する計算手法(Mutation Site Prediction method for Enhancing the Regioselectivity of substrate reaction sites, MSPER)を世界に先駆けて開発した。この手法により香料原料の生産に使用する酵素シトクロムP450(P450)を改変することで、改変前の酵素と比べ、目的とする化合物(目的化合物)の生成率を最大6.4倍まで向上させることができた。
医薬品、食品、繊維、プラスチックなどをはじめとする化成品製造の分野において、「酵素を利用したものづくり」は、環境負荷が少ない代替技術として注目を集めている。酵素反応は、酵素と基質(原材料)が特定の複合体を形成し、化合物を生成する。しかし、酵素によっては、複数の異なった複合体を形成し、目的としない副産物も作られ、目的とする化合物の生成率が低くなることがある。そこで、酵素反応で生成する複数の酵素・基質の複合体をシミュレーション解析で再現し、得られた複合体群の構造情報から副産物生成に関与するアミノ酸部位を予測し、これを改変することで副産物生成を抑制する計算手法(MSPER)を開発した。この手法により酵素の改変すべき部分を絞り込むことができ、機能検証の評価実験数を従来の無作為(ランダム)変異法の170分の1から1000分の1へ省力化することができる。

情報・人間工学領域の最近の研究成果の概要図

マグネシウム合金 2021年10月20日発表

優れた室温成形性と強度、高い熱伝導率を有する「ZA系新マグネシウム合金圧延材」を新開発-マグネシウム合金展伸材の用途拡大に期待-

優れた室温成形性と強度、高い熱伝導率を有する「ZA系新マグネシウム合金圧延材」を新開発したことをお知らせします。これまで、マグネシウム合金圧延材の室温成形性はアルミ合金と比較して低く、プレス成形に際しては、加工する圧延材と金型を200~300℃に加熱する必要がありました。開発した「ZA系新マグネシウム合金圧延材」は、Mg-Zn系合金に特定元素を微量に添加して結晶の配向を制御するとともに、実用的な強度を付与した合金です。ZA系新合金圧延材は、従来の一般的なマグネシウム合金と比較して全く異なる結晶配向を示すため、アルミ合金並みの室温張出し成形性を発揮します。また、ZA系新合金圧延材は、アルミダイカスト材を超える熱伝導率を示します。そのため、大量の熱を発生する次世代高速通信(5G)機器やこれらの搭載が進むモバイルIT機器、さらには、電動化や自動運転化によって搭載量の増加が見込まれる、熱対策が必要な車載電子機器への使用に好適な材料として大きな期待が寄せられています。

材料・化学領域の最近の研究成果の概要図

超伝導量子ビット 2021年9月20日発表

シリコン基板を用いた窒化物超伝導量子ビットの開発に成功-超伝導量子ビットの大規模集積化に向けた新しい材料プラットフォームを提案-

超伝導材料にアルミニウムを使用しない超伝導量子ビットとして、シリコン基板上のエピタキシャル成長を用いた窒化物超伝導量子ビットの開発に世界で初めて成功しました。この量子ビットは、超伝導体として超伝導転移温度が16 K(-257 ℃)の窒化ニオブ(NbN)を電極材料とし、ジョセフソン接合の絶縁層に窒化アルミニウム(AlN)を使用しエピタキシャル成長させた全窒化物の素子であり、ノイズ源である非晶質の酸化物を一切含まない新しい超伝導材料から成る新型量子ビットです。今回、この新材料量子ビットをシリコン基板上に実現することで、平均値としてのエネルギー緩和時間(T1)が16マイクロ秒と位相緩和時間(T2)が22マイクロ秒のコヒーレンス時間が得られました。これは、従来の酸化マグネシウム基板上の窒化物超伝導量子ビットの場合と比べてT1は約32倍、T2は約44倍に相当します。超伝導体として窒化ニオブを使うことで、より安定に動作する超伝導量子回路の構築が可能となり、量子演算の基本素子として、量子コンピュータや量子ノードの開発への貢献が期待されます。今後、回路構造や作製プロセスの最適化に取り組み、更なるコヒーレンス時間の延伸、大規模集積化の実現に向けて研究開発を進めていく予定です。

エレクトロニクス・製造領域の最近の研究成果の概要図

津波痕跡 2021年9月3日発表

千葉県の太平洋岸で歴史記録にない津波の痕跡を発見-約1000年前に発生した房総半島沖の巨大地震によって九十九里浜地域が浸水-

千葉県九十九里浜沿岸において歴史上知られていない津波の痕跡を発見し、それが房総半島沖で発生した巨大地震によるものであるとの結論を得た。産総研はこれまでに、過去に発生した津波の痕跡を調べるための地質調査を日本各地で行ってきた。特に2011年に発生した東北地方太平洋沖地震以降、その破壊領域の南方の海域に面する千葉県九十九里浜地域においては、掘削調査により過去の津波の痕跡である津波堆積物を2層発見した。また、放射性炭素年代測定により、2層のうち古いほうの津波堆積物は約1000年前に堆積しており、歴史上知られていない津波の痕跡であることが分かった。房総半島沖には、太平洋プレート、大陸プレート、フィリピン海プレートが1カ所で接する「プレートの三重点」が存在する。約1000年前の津波堆積物の分布を再現するために津波浸水シミュレーションを行ったところ、これらのプレート境界のうち、フィリピン海プレートに対して太平洋プレートが沈み込む領域が破壊された場合、比較的小さなすべり量でも九十九里浜地域を大きく浸水させる津波が発生することがわかった。この結果は、従来考えられてきた相模トラフや日本海溝に加えて、房総半島東方沖の海底下に位置するフィリピン海プレートに対して太平洋プレートが沈み込む領域が巨大地震・津波を起こす場所として注意すべきことを示している。

地質調査総合センターの最近の研究成果の概要図

超広帯域ミリ波帯材料計測 2021年8月31日発表

ポスト5 G・6 Gの材料開発に向け、誘電体基板の温度特性を計測する技術を確立―幅広い温度域での低損失化が要求されるミリ波帯材料の開発に貢献―

NEDOは「超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト」に取り組んでおり、今般、産業技術総合研究所と共同で、高周波回路などに使われる金属張の誘電体基板に対し、誘電率と導電率の温度特性を10 GHz~100 GHz超の超広帯域で計測する技術を確立しました。本技術では、温度制御を可能にした超広帯域動作の共振器を開発することにより、これまで未確立であった、室温から100 ℃までの温度域での超広帯域のミリ波帯材料計測を実現しました。
これにより、幅広い温度域での低損失化が要求されるミリ波対応材料の開発を後押しするとともに、ミリ波を用いた次世代高速無線通信のポスト5 G・6 G実現に向けた材料やデバイスの開発期間の大幅な短縮が期待されます。

計量標準総合センターの最近の研究成果の概要図

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