気体分離膜

近年、地球温暖化問題においてCO2排出に対する技術であるCO2回収・貯留(CCU: Carbon dioxide Capture and Storage)技術・CO2回収・有効利用・貯留(CCUS: Carbon dioxide Capture, Utilization, and Storage)技術・直接空気回収(DAC: Direct Air Capture)技術の確立が求められています。高分子膜を用いたCO2の分離技術は、CCS・CCUS・DACにおける分離コストを大幅に低減できる手法として特に期待されていますが、実用化には超高気体透過性の達成が必要不可欠です。私たちは高分子/表面修飾シリカナノ粒子界面における超高気体透過性領域”ナノスペース”の導入という新しい概念に基づいた材料を開発することで、環境負荷の軽減および省エネルギー社会の実現に貢献できるよう日々研究を行っています。

高機能性分離材料

コラム

水素と酸素の化学反応から電気を生み出す燃料電池は、環境負荷の少なく、高効率な次世代のエネルギー源として注目されています。現在、エネファームとして定置型の燃料電池が実用化されていますが、自動車やモバイル機器への応用が期待されており、今後さらに成長が見込まれる分野です。その構成要素の一つである高分子電解質膜は重要な役割を果たしており、発電性能に大きな影響を与える材料です。私たちは独自のプロトン伝導性ナノファイバーを用いたユニークな膜設計のもと、より高効率かつ安定な新しい電解質膜の開発を行っています。

固体高分子型燃料電池

コラム

全固体リチウム二次電池

高分子電解質を含む全固体リチウムイオン二次電池は高い安全性及びエネルギー密度の実現が期待でき、次世代リチウムイオン電池として注目を集めています。私たちはポリマーナノファイバーと典型的な高分子電解質PEOから複合膜を作製し、イオン伝導度及びリチウムイオン輸率の向上や大幅な薄膜化を実現しました。私たちはPEOを側鎖に有するイオン伝導性ナノファイバーやβ結晶割合を増加させた高極性PVDFナノファイバー複合膜の作製、また、高塩濃度のマトリクスとの複合化を検証し、いずれにおいてもナノファイバーとマトリクス間の相互作用に起因する特性向上を報告しています。また、現在は固体高分子電解質に適した正極の開発も行っています。

コラム

CO2還元触媒

現在、大気中の二酸化炭素(CO2)濃度は上昇を続けており、地球温暖化をはじめとする環境問題の主要な原因になっています。そこで、CO2を資源として捉え、発生したCO2を分離・回収し、燃料や原料として再利用することで、大気中へのCO2排出を抑制していく方針(CCUS: Carbon dioxide Capture, Utilization and Storage)が示されました。CO2を一酸化炭素(CO)やエチレン(C2H4)などの汎用性の高い物質に還元する技術については、CO2削減・固定化に繋がること、既存の化石燃料由来化学品に代替可能であることから、CCUS実現へ向けて大きな期待が寄せられています。私たちは、CCUSの実現を目指し、ポルフィリン錯体や金属銅を用いたCO2還元触媒の開発を行っています。

コラム

エピジェネティクスとは、DNA塩基配列の変化を伴わない、クロマチン構造に由来する遺伝子発現制御機構です。
複数のクロマチンマークで構成されるエピジェネティックな機能は、細胞分裂後も維持されます。
癌や生活習慣病等を含む多くの人間の疾患において、エピゲノムが不適切に変化していることが多く報告されています。そこで、遺伝子変異とは異なり、可逆性を有するエピジェネティックなリプログラミングは有望な治療法の一つとされており、我々は腫瘍形成中のエピジェネティクスを工学的にコントロールし、適切な遺伝子発現活性を可能にする事及び腫瘍細胞から分泌されるエクソソームまでも制御する事を目指す研究を試みております。

エピジェネティクス

コラム

体内に取り込まれた酸素の一部は活性酸素種 (ROS)となり、正常細胞に酸化ストレスを与えます。酸化ストレスにより機能障害を起こした細胞は老化し、ROSを産生することにより周りの細胞も老化してしまうため、老化関連疾患が誘発されることが知られています。よって、ROSを消去するための生体内触媒を模倣した人工的な酵素を開発することが求められています。当研究室では、様々なROSを一度に消去できる人工酵素の開発を行うと共に、開発した人工酵素を用いて老化関連疾患の治療を目指した研究を行なっています。ROS消去が老化関連疾患の治療にどのように影響するのかを検討し、より高性能な治療薬の開発を目指します。

人工酵素

コラム

細胞工学

コラム

我々の身体は40兆個の細胞から構成され、その細胞の老化が様々な疾患の原因と考えられています。私たちは老化した細胞を選択的に死滅させることで疾患を治療するセノリティックドラッグの開発や、また疾患細胞(細胞老化が原因)にマイトファジーを誘導し不全ミトコンドリアを除去することで細胞機能を回復させるリポソームナノキャリアの開発に成功してきました。
さらに、難治性疾患の完治治療が可能とされる間葉系幹細胞や、その細胞から分泌物されるエクソソームは極めて高い治療効果を示すことが期待されています。しかし、間葉系幹細胞を治療に用いるためには体外で継代培養を行う必要があり、その過程で間葉系幹細胞は老化することが知られています(エクソソームも同様)。私たちが開発したマイトファジー誘導ナノキャリアを間葉系幹細胞に投与すると、老化した間葉系幹細胞内の不全ミトコンドリアが除去され、その結果、細胞機能が回復し細胞が若返る可能性が示されました。

我々のまわりにあるほとんどの物質は弱磁性物質です.磁場との相互作用が弱いために今までは非磁性物質として扱われ,磁場を利用した材料開発は出来ないと考えられてきました.しかしながら,超伝導技術の発展により容易に強磁場環境が利用できるようになり,弱磁性物質への磁気プロセスが利用できる環境が整いつつあります.
我々は磁気トルクや磁気力を利用した,弱磁性物質の配向制御,位置制御を通じて,材料の特性改善や新規機能発現を目指した研究を行っています.中でも高分子と無機物を複合させた複合材料に着目し、磁場応用により、生体適合性材料や持続性社会実現に向けた環境関連のキーマテリアルの開発を行っています。

材料プロセスへの磁場応用