東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研究所

Laboratory for Chemistry and Life Science, Institute of Innovative Research, Tokyo Institute of Technology

第1部会
共同利用・共同研究拠点

研究所・センターの概要

所長
山元　公寿
Yamamoto, Kimihisa

キーワード: 高分子、超分子、ナノ粒子、バイオマテリアル、ソフトマテリアル、ケミカルバイオロジー、バイオマス
住所: 〒226-8503
神奈川県横浜市緑区長津田町4259

2016年４月の大学改革にともなって科学技術創成研究院を構成する一研究所として改組しました。当研究所は、人類社会の現状と将来を見据えて研究所のミッションを、「分子を基盤とする化学および生命科学に関する基礎から応用までの研究の深化、発展を通じて、新しい学理の創成と次世代科学技術の創出を実現し、人類の高度な文明の進化と、より豊かで持続可能な社会の具現化に貢献する。」と設定しています。多面的に対応できる組織運営を目指して、所内の研究グループを４つの領域（分子創成化学領域・分子組織化学領域・分子機能化学領域・分子生命化学領域）に再編しました。分子科学のみならず生命科学の領域も大きな柱の１つとして、物質・資源・エネルギー・生命を新たな軸として基礎研究を基盤として、豊かな暮らしの実現に向けて活動を続けます。

令和3年度の研究活動内容及び成果

カプセルの中で色素分子を「ねじる」と「かさねる」
カルバゾール環の殻を持つ2ナノメートルサイズの分子カプセルの作製に成功した。このカプセルは水中で安定に存在し、電気化学的な刺激に対しても高い安定性を示した。また、カプセル内に取り込まれた色素分子は、前例のない立体構造や積層構造を取ることを発見し、分子カプセルの新たな空間機能の開発に成功した。
蛍光抗体と発光酵素を組み合わせ、発光色の変化で抗原を高感度検出
蛍光色素で化学修飾した抗体断片と発光酵素を結合させることにより、青から赤への発光色の変化で抗原となる各種微量物質の存在を簡便に検出できるバイオセンサーの構築に成功した。
発光色の変化は暗所で目視することも可能で、さまざまな物質を簡単に検出、診断できる携帯可能な装置の実現につながるものと期待される。
ナノ空間で制御可能なヒスチジン残基化学修飾を開発
タンパク質に対する新しい化学修飾反応を開発しました。本手法では活性酸素種の一種である一重項酸素を利用することで、特定座標の周辺に存在するヒスチジン残基を迅速に機能化します。一重項酸素を活用する本手法は、局所空間内に存在するタンパク質を機能化する新たな戦略として、タンパク質研究を加速させると期待できます。
がんの光温熱療法に適した金ナノ粒子を、ペプチドを用いて簡便に合成
英国Leeds大学、韓国Chung-Ang大学との国際共同研究を通じて、金イオンと特定のペプチドを混ぜるだけで、がん光温熱療法に適した形状の金ナノ粒子[用語3]である三角金ナノプレートを合成できる新しい方法を開発した。室温で中性に近いpHという環境のもと、混ぜるだけで三角金ナノプレートを合成できる本研究は、環境調和型の機能性金ナノ粒子合成技術として、バイオメディカル分野においてさまざまな形での応用が期待される。
複雑な高分子の立体構造解明法の提案
金属原子の位置を決定できる原子分解能を持った電子顕微鏡を用い、観察された画像を基に、高分子の複雑な立体構造を1分子レベルで解明する手法を開発した。
高分子の詳細な立体構造の解析を可能とした本手法により、これまでは未解明だった、高分子材料における構造－機能相関の解明や、新たな高分子材料の設計・開発につながることが期待される。
シアワセモは強い光から逃げずに防御する
細胞が4つしかない多細胞緑藻「テトラバエナ（和名：シアワセモ）」が、強い光刺激に対して、近縁の緑藻類とは異なる生存戦略をとっていることを明らかにした。
テトラバエナに光刺激を与えたところ、テトラバエナは光受容機能が失われており、光反応行動を示さないことが分かった。その一方で、強すぎる光エネルギーを熱にして捨てる能力が非常に高いことを発見した。
ナノスケールにおける有機分子の熱伝導特性の可視化に成功
開発されたイメージング手法によって、分子スケールの熱伝導特性が分子の構造や長さに依存することが実証され、ナノスケールでの熱輸送現象の理解が促進されると考えられる。また、既存の表面構造・温度測定手法では、試料と測定部が接触することから損傷が起きやすかったが、本研究で見出された新規手法は非接触で、試料を傷つけることなく高分解能の温度分布測定が可能である。
無機物のみで形成された液晶デバイスの開発
ボロフェンに類似した、ホウ素の単原子層からなる新物質（ボロフェン類似物質）が液晶材料となることを発見し、高温で駆動できる光学デバイスになることを実証した。化学ボロフェンは高い安定性が長所であり、開発した無機物のみから形成される液晶は、既存の有機液晶では駆動できない高温条件などの過酷な環境で動作する新たなデバイス素子としての応用が期待される。
藻類に窒素をより多く取り込ませる新しい機構を発見
植物の成長に欠かせない窒素の取り込みを活性化する転写因子であるMYB1の機能が、窒素が充分に存在する環境では抑制されてしまうメカニズムを、植物の原型と言える藻類を用いて解明した。
窒素が豊富に存在する環境であっても、窒素を取り込む遺伝子群の発現を高いまま維持する藻類の作出に成功した。解明された窒素取り込み活性化のメカニズムを藻類や作物などに応用することで、藻類バイオマス生産の低コスト化や、低窒素環境での食糧増産などへの貢献が期待される。

社会との連携

共同研究拠点事業を通じて、災害やパンデミックなどの緊急事態に迅速に対応し地域の連携と研究教育力の向上と持続に努めている。ホームページに「最新の研究」という欄を設けており、毎月、各研究室の最先端の研究を簡明に解説したWebジャーナルとして、社会に広く公開しています。大学広報を通じて国内外へのプレスリリースや記者セミナーの開催などを行い積極的に優れた成果の発信を行なっている。平成26年度から「研究所フォーラム」のシリーズ開催を企画し、隔年で国内フォーラムと国際フォーラムを開催しています。また、所内、学内、国内外の研究者の講演を行って、国内外の多様な聴衆に対応できる情報発信を行っています。大学祭では研究室公開を行い、一般の見学者に対して演示実験を展示する、あるいは、体験してもらうことによって、最先端の成果を紹介しています。