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わずか数ナノメートルのコロイド粒子が、エネルギーや健康の課題を解決する!

■学問大分類:工学・建築
■学問小分類:応用化学
■提供:山陽小野田市立山口東京理科大学 白石教授×化学業界

さまざまな分野に応用可能な「コロイド」

テレビやパソコン、携帯電話に時計など、私たちがよく使う身近な製品の表示部分に用いられている「LCD(液晶ディスプレイ)」は、応答速度や消費電力、コントラストなどの点で課題があり、その解決が望まれていました。一方、世界の総エネルギー消費のうち、9割が化石資源に依存しており、そのうち66%が排熱として失われています。そのため、「熱電変換技術」によって熱から電力を直接取り出して利用することが期待されてきました。さらに医療の分野では、さまざまな病気の原因である「活性酸素種」を消去する抗酸化物質の開発が求められていました。これらの課題は一見、バラバラに見えますが、物質の「状態」を活用することで、すべての課題を解決できるかもしれません。山陽小野田市立山口東京理科大学の白石幸英先生は、数ナノメートルの極微細な粒子が分散している「コロイド」という状態に着目し、さまざまな分野への活用を目指しています。

新規機能性コロイドの創製と、その応用転換について研究

白石先生の研究室では、複数の金属の構造を制御することで新規機能性コロイドを創製。機能開拓として、電気光学的性質(液晶ディスプレイ)、生理学的性質(活性酸素除去剤)、触媒作用(有機反応触媒、エネルギー触媒)など、あらゆるものに応用展開しています。このような研究には、分散剤と分散媒との相溶性・分散安定性が鍵となるため、貴金属コロイド粒子の表面にある保護コロイドの分子設計の試行錯誤が必要です。
学生たちは研究室での学びを通し、電子顕微鏡写真観察や高周波誘導結合プラズマ発光分光分析など大型分析機器の操作を習得。日々のトライアンドエラーを繰り返しながら、分子設計に取り組んでいます。ある学生の発見によってできた銀ナノワイヤーによって、LCDの応答速度が上がったという成果もあります。

研究の成果を生かして、SDGsの目標達成に貢献!

白石先生の研究は、いずれもSDGsの目標達成に貢献できるものです。例えばLCDの開発や排熱の有効利用は、目標7の「エネルギー問題の解決」に、体内の活性酸素を除去する白金コロイドの創製は、目標3の「健康的な生活の確保」の実現につなげることができます。これまでの研究を通じて、白石先生は多くの成果を生み出しています。例えば活性酸素除去の性能を持つ白金コロイドは「従来品よりも粒子分布が小さく、活性酸素の分解活性が高い」と評価され、企業のサンプル品として採用されています。排熱を有効利用する熱電変換材料の創製に関しては、ワイヤレスのセンサーネットワークと組み合わせて、工場の配管モニターやインフラセンサーとしても活用していきたいと考えています。なお、ジルコニアコロイド添加液晶ディスプレイは、大学の研究展示ブース(5号館1階)で24時間365日展示されており、稼働している状態を見ることができます。

「迅速な医薬品開発や 新規農薬開発の課題」を 「薬学」で解決!

■学問大分類:医学・歯学・薬学・看護・リハビリ
■学問小分類:薬学
■提供:山陽小野田市立山口東京理科大学 松永ゼミ×製薬会社

製薬関連企業が直面する研究課題とは!?

新型コロナウィルスの急拡大からも明らかなように、医薬品などの開発には迅速さが重要です。
そんな中、ある製薬関連企業では、新しい医薬品の市販に向けて安く、効率良く、大量に合成できる手法の検討を進めていますが、そのポイントの一つとして「不斉合成反応」の改善が挙げられます。不斉合成とは、必要な有機化合物を効率よく合成するための手法です。そのために、不斉合成の化学反応を促進させる「不斉触媒」の開発が必要とされています。また、別の製薬関連企業では、これまでに多数の新規農薬開発に成功してきました。しかし、今後新たに農薬や関連薬品を開発するには、会社のノウハウには無い化合物構造を利用した探索活動が必要です。
これらの課題解決に向けて、企業と連携して取り組もうというのが、山陽小野田市立山口東京理科大学薬学部の「松永ゼミ」です。いわゆる産官学連携であり、ここでは前者をプロジェクトA、後者をプロジェクトBとして紹介していきます。

方向性の異なる研究テーマだからこそ学べること

プロジェクトAでは「医薬品を効率的に合成できる新しい不斉有機触媒を開発し、医薬品開発の効率アップをすること」を目標としています。プロジェクトBでは「これまでにない新しい農薬・農業関連薬剤の開発」となります。
一方、山陽小野田市立山口東京理科大学薬学部は2018年に開設され、2021年3月に第一期の研究室配属学生が誕生します。そのため、A・Bいずれのプロジェクトにおいても、具体的な取り組みはまだ行われていません。またこれらのプロジェクトは、同大同学部「松永ゼミ」の研究活動と類似性や関連性はあるものの、純粋な学術上の研究とゴールがある企業研究では方向性が違います。
しかし、本来目の当たりにすることのない研究活動を体験し学べることは、学生にとって絶好のチャンスです。これらのプロジェクトにしっかりと取り組むことで、研究活動の重要性を幅広く理解し、卒業後の多様な進路選択や活躍にもつながっていくはずです。

薬学に関する高度で幅広い専門知識を持った薬剤師に

学生がプロジェクトA・Bそれぞれの研究活動に参加したり、関連企業の若手研究者との交流したりすることで、化学物質へのアプローチの違いを見出すことができます。これによりさまざまな思考手法の習得と統合的思考力の向上につながります。
そもそも「松永ゼミ」では研究内容として、単純複素五員環を利用したより効率的な不斉合成プロセスの開拓と、新概念をとり入れた合成手法の開発を掲げています。身に付く技能には、「薬学の基礎である有機化学の知識」、「有機化学(創薬)の技術」、「有機化学の視点に立った薬剤の持つ様々な特徴を見出す力」の3点が挙げられます。
医療・創薬・公衆衛生など薬が関わる様々な場面で、実際に起きている課題・問題などを掴み、求められているものを的確に察知し、解決に向けて積極的に考え行動できる、能動性・即応性に優れた薬剤師が育成できると期待しています。

  • 学校No.4454
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