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最近の研究成果

量子センサー 2019年8月28日発表

単一NVダイヤモンド量子センサで世界最高感度を実現-合成n型ダイヤモンドにより室温での世界最長T2-

人工的に合成したリンドープn型ダイヤモンドを用い、NV中心(窒素―空孔中心)の室温での世界最長電子スピンコヒーレンス時間(T2)と、単一NV中心を用いた量子センサでの世界最高磁場感度実現に成功しました。このT2は、他の固体系電子スピンの中でも室温では一番長いものです。NV中心は室温でも長いT2を有し、超高感度量子センサや量子情報素子の実現および量子センサの生命科学分野への応用の観点から注目されています。T2は重要な特性で、量子センサではT2が長いほど感度が良くなります。今回、われわれは産総研で作製された高品質なリンドープn型ダイヤモンド中の単一NV中心のT2が、あるリン濃度で非常に長いことを見出しました。リンは電子スピンを有するため磁気ノイズ源となり、リンをドープするとT2は短くなると考えるのが常識ですが、今回の結果はそれに反する結果でした。系統的にリン濃度のみを変えた試料での結果からも、一定量以上のリンがドープされた試料において世界最長のT2が測定され、リンドープの効果が確認されました。n型ダイヤによるT2長時間化は、合成中に生成した空孔欠陥が電荷を帯び、磁気ノイズ源となる複合欠陥の生成が抑制されたためと考えられます。精密なノイズ測定より、今回の試料でのノイズ源は、リン以外の不純物欠陥の電子スピンであることが示唆され、それらの抑制により、さらなるT2の長時間化も期待されます。n型ダイヤにより最長のT2を実現した点は意義深く、さらなる高感度化に加え、n型半導体特性を活かした量子デバイスへの幅広い応用へ道を拓くものと期待されます。

概要図

ミトコンドリア 2019年10月11日発表

ミトコンドリアへのタンパク質搬入口TOM複合体の精密構造と働く仕組みを解明

TOM複合体の精密構造をクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析法(分解能3.8Å)で決定しました。TOM複合体の全体構造は各サブユニット2個ずつから成る2量体で、タンパク質の通り道(膜透過チャネル)となる円筒形のTom40同士の界面にTom222分子と脂質1分子が入り込んでいました。一方、Tom40のN端部分は、Tom40の円筒内部をサイトゾル(外)側から膜間部(内)側に向かって貫き、Tom5が膜間部側でこのN端部分をつなぎ止めていました。多様な前駆体タンパク質のうち、プレ配列を持つものはTom40同士の界面の側に出口があり、プレ配列を持たないものはTom40の2量体の外側に出口がありました。このように、タンパク質の膜透過チャネル内に、プレ配列を持つ前駆体タンパク質と持たない前駆体タンパク質専用の通り道と出口を別々に用意し、出口で待ち構える各輸送経路の下流の因子に前駆体タンパク質を受け渡すことで、性質も機能も異なる1000種に及ぶ前駆体タンパク質の外膜透過を効率良く行っていることが分かりました。ミトコンドリアへのタンパク質搬入のメカニズムの解明により、ミトコンドリアへのタンパク質配送に関連する病気の治療法の開発や、ミトコンドリアへのタンパク質配送の効率を制御することで老化を防ぐなどの可能性が開けることが期待されます。

概要図

脳機能回復 2019年10月7日発表

脳損傷後に新たに形成される神経路を発見-脳の変化を適切に促すことで運動機能が回復する可能性-

脳損傷後に新たに形成される神経路を発見した。モデル動物を用いて、大脳皮質の第一次運動野に永続的な損傷を作成した後、運動機能の回復過程で生じる脳の神経路の変化を調べた。その結果、回復時に、損傷により失われた第一次運動野の機能を代償する損傷周囲領域である「運動前野腹側部」と、滑らかな運動を行うために重要な役割を果たす小脳からの出力を担う「小脳核」との間に新たな神経路が形成されることを発見した。この成果は、脳損傷後に、適切な脳の変化を促すことで機能回復を目指すニューロリハビリテーションの技術開発の鍵となる。

概要図

ナノ粒子高速合成 2019年10月15日発表

マイクロ波加熱による機能性酸化物ナノ粒子の高速合成法を開発-機能性ナノ粒子分散材料の開発期間短縮に貢献-

粒子径の揃った機能性酸化物ナノ粒子を高速に合成する手法を開発した。今回、急速加熱が可能なマイクロ波反応容器を用いた水熱合成法により、サーモクロミック特性を示す二酸化バナジウム(VO2)ナノ粒子を従来の30分の1程度の短時間で合成する手法を開発した。この手法により、合成時間を大幅に短縮できるだけでなく、粒子径が揃い、粒子径の小さなVO2ナノ粒子を合成できる。さらに、VO2ナノ粒子の物性を変化させるための元素を従来よりも高濃度に添加することもできる。今後は、計算(予測・材料設計)・プロセス(試作)・計測(評価)の技術開発を三位一体で進めることにより、機能性ナノ粒子分散材料の開発を高速化するための基盤の構築を目指す。

概要図

振動発電素子 2019年9月30日発表

静電気を貯める液体を開発し、伸縮自在の振動発電素子を実現-脈拍・心拍センサなどの医療応用へ期待-

静電気を半永久的にためられる液体状のエレクトレット材料を開発し、柔らかい電極と組み合わせることで、伸縮・折り曲げできる振動発電素子を世界で初めて実現しました。心拍や脈拍という非常に小さな振動を電気信号に変換でき、しかも伸縮、折り曲げなど様々に変形できるため、腕や胸に装着する電池レスの脈拍・心拍センサなど医療応用への展開が期待できます。

図

房総半島地質図 2019年9月24日発表

陸化した深海底堆積物の詳細な分布を示した地質図が完成-千葉県房総半島東部の5万分の1地質図幅「上総大原」-

千葉県房総半島の東部に位置する上総大原地域の地層の分布や地質構造を示した5万分の1地質図幅を刊行した。この地域では、約220万~80万年前の深海底堆積物が陸化して露出している。深海底堆積物が陸上に露出した地層としては世界でもっとも新しい部類に入る。今回の地質調査の成果の一つとして、近年、沿岸設備の破壊や津波の原因となるなど災害をもたらす自然現象として注目されている大規模な海底地すべりの痕跡が上総大原地域の北東-南西15 km以上にわたって連続していることがわかった。本地域はこのような深海底で起きた諸現象の痕跡が硬い岩石になる前に直接観察できる貴重な場所であり、本地質図幅は現在の深海底の諸現象を理解するために活用できる。また、この地域は国内最大の水溶性天然ガス田(南関東ガス田)の一角を占めており、天然ガスとともに産出するヨウ素は世界シェアの4分の1を占める極めて重要な地場産業となっている。天然ガスやヨウ素の賦存が有望視される地層の分布や地質構造を詳細に示した地質図を刊行したことで、資源開発の促進にも活用できると期待される。

概要図

原子核時計 2019年9月12日発表

自然界で最小の励起エネルギーをもつ原子核状態の人工的生成に成功-超精密「原子核時計」実現に大きく前進-

世界で初めてアイソマー状態を人工的に生成することに成功しました。本方法は大型放射光施設(SPring-8)の高輝度X線を用いるもので、放射線の少ないクリーンな環境下でアイソマー状態を自在に生成できるという利点があります。これによりアイソマー状態の研究が進展し、原子核時計の実現に向けて大きく前進するものと期待されます。

トリウム229準位図

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