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身近にある家電製品や機械システムにセンシング機能を付加し、IoT（モノのインターネット化）技術により、人の健康状態をモニタリングできる機器へと発展できます。これらの機器やシステムにウェアラブルで非侵襲かつ低コストで計測可能な生体情報計測センサや医療機器を組み合わせ、ライフログなどの生体情報データを計測し、AI（人工知能）技法を用いて分析することにより、健康状態管理や病気発病予測などの在宅医療やヘルスケアのための支援が可能となってきています。また、これらの技術を機械システムに適用することで、稼働状況のモニタリングや予知保全を行うことも可能となります。 在宅医療やヘルスケア支援のためのAI 技術、IoT 技術、非侵襲生体情報計測、人に寄り添った機器設計のためのヒューマンインターフェイス技術、ブレイン・マシン・インターフェイス技術などについて研究開発を行っており、健康科学分野の高度化・DX 推進に貢献しています。
コンピュータの高性能化と記憶装置の大容量化、そしてインターネット上で流通する情報の爆発的な増加により、私たちを取り巻く生活環境は大きく変化しました。研究開発の現場では、個々人や研究室で蓄積した知識や経験に加え、実験装置で計測した大量のデータや日々増え続ける文献やデータべースを活用することが重要になりつつあります。 しかし、手持ちのデータを活用しようとしても、データが整理されていなかったり、印刷されたデータしかなかったりと、データ分析を簡単に始められないケースもあります。また、データが準備できたあとも、結論に向けて見通しよく作業を進めるために、データから何を導くのか、どの分析方法を使うのか、どのように評価するかなど、一定のスキルと経験に基づいた意思決定が必要となります。 こうした課題を解決するための技術の総称がデータサイエンスであり、現在、データの理解をスムーズに進めるための探索的データ分析法に関する研究と、専門知識とデータサイエンティストの素養を備えた技術者・研究者の育成に取り組んでいます。
地球上のバイオマス炭素（生物由来炭素）の大半は、植物細胞壁の多糖類として存在し、その代表格はセルロースです。植物の非可食部は水分を除くと大半が細胞壁の多糖類です。植物細胞壁にはセルロースの他に、ペクチンやアラビノガラクタン、グルコマンナンやキシランが含まれます。これらは「食物繊維」として認知されてきましたが、近年では腸内細菌叢を整えるプレバイオティクス効果が注目されています。野菜やフルーツの搾りかすや残渣などの廃棄部分には、有用な細胞壁多糖類が残っていることがあります。 私たちは、植物がどのように各種の細胞壁多糖類を合成・代謝しているか、について研究していますが、私たちにとって有用な多糖類を増産できないか、またより価値の高い多糖類に改良できないか、という点も意識しています。また日常的に、多糖類の構造や性質を調べており、酵素分解によるオリゴ糖の調製なども行っています。
植物は一度根を張ると動くことができないため、周りの環境が変わると、その影響を「ストレス」として直接受けます。そのため、植物はそれぞれの生息する場所で、寒さや乾燥など、いろいろな悪い環境に対応できるように進化してきました。 特に「凍結ストレス」と呼ばれる寒さによるダメージは、環境ストレスの中でも非常に厳しく複雑なもので、温暖化が進んでいる今でも、農業においては大きな問題です。そこで、一部の植物は寒さを感じ取って、寒さに強くなる「低温馴化（ていおんじゅんか）」という仕組みを持っています。これは「冬支度」のようなもので、この過程では、植物内の可溶性糖や細胞壁の多糖類が増え、活性酸素（ROS）の消去系の発現などの変化が起こります。これによって、農作物の価値が上がることもあります。 私は、糖をキーワードとしてこの低温馴化のメカニズムを研究することで、農業における凍結による被害を減らし、農作物の付加価値の定量や向上を目指しています。
環境変動が進行する中、持続可能な社会の実現に向けて脱炭素化を推進することが地球規模の課題となっています。私たちは、カーボンニュートラルな再生可能エネルギーの開発を目指して、微細藻類を用いてバイオ燃料を生産開発しています。 ナンノクロロプシスという微細藻類は、細胞内にその50% に及ぶ油脂を蓄積し、高密度培養が可能なため、この藻類を用いて油脂を高効率で高生産する技術を開発しています。一方で、シアノバクテリアという微細藻類を用いて遊離脂肪酸の「細胞外生産法」の開発も進めています。細胞内に燃料物質を蓄積させる細胞内生産法では、藻類の回収や乾燥、燃料物質の抽出などの工程で膨大なエネルギーを消費してしまいます。細胞外生産法では大幅なコスト削減が期待で、かつ細胞体積を上回る量の燃料物質を生産できる利点があります。 藻類から得られた油脂や遊離脂肪酸はディーゼル燃料等に改質することができます。
光合成は光エネルギーを用いて二酸化炭素を固定し、糖を作り出す反応ですが、光強度、温度、栄養条件など環境条件の変化の影響を強く受けます。光合成生物はこれらの環境変動に対して、自らの体を作りかえることで光合成反応を最適化すると共に、環境ストレスによるダメージを回避しています。 私たちは、植物と同じ酸素発生型の光合成を行う細菌であるシアノバクテリアが、環境条件の変化をどのように感じ取り、それをどのように細胞内に伝えて、遺伝子発現やタンパク質の活性を調節し、光合成系の環境応答を実現しているのか、分子レベルでのメカニズム解明を目指しています。これまでに光合成や炭素代謝の調節に関わる多くの因子を同定しており、これらの因子を遺伝子レベルで改変することにより、シアノバクテリアを用いた有用物質生産等の、応用面への展開を目指しています。
近年、大気中の二酸化炭素濃度の上昇が社会的問題として取り上げられています。光合成を行う植物や微細藻類は二酸化炭素を吸収し、光のエネルギーを利用して糖を合成し、さらにタンパク質、脂質、二次代謝物などを合成します。作物であれば、我々はこれを食料として利用するわけですが、近年ではこれら光合成生物に油や有用機能性成分を作らせ利用しようとする研究が盛んです。 私たちは、光合成生物の環境ストレス耐性を強化して物質生産能力を高めたり、特定の物質を作らせるための代謝酵素の単離やその働きを制御するための研究を行なっています。研究の一例として、様々な代謝系で電子伝達物質として使われるニコチンアミド補酵素（NAD（P）（H））の量やバランスを変える事で、光合成の能力を高める研究を行なっています。また、エネルギー生産生物として期待されるナンノクロロプシスの代謝改変研究を推進しています。
私達が研究対象にしている「ストリゴラクトン」は、AM 菌との共生を開始するために、植物が根から分泌するシグナル分子です。AM 菌は宿主となる植物にリン酸や窒素などの栄養を供給してくれるので、植物にとっては有益なパートナーとも言えます。そして「ストリゴラクトン」は、植物体内では地上部の枝分かれ（イネでは分げつ）を抑制する植物ホルモンとしても機能しています。植物は養分欠乏になると、「ストリゴラクトン」の生合成・分泌を増加させ、枝分かれを抑制して生長に必要なエネルギーを省エネモードにし、養分提供者であるAM 菌との共生を促進するのです。 さらに、世界の農業生産に深刻な被害を与えている根寄生雑草は、この「ストリゴラクトン」にさらされないと発芽しません。根寄生雑草は、AM菌と同様、生きた根の存在を感知するシグナル分子として「ストリゴラクトン」を利用するように進化したようです。
植物の生育は、環境条件に影響されやすく、異常気象による干ばつや洪水、以上高低温による作物の生育不良・被害が毎年のように報告されている。一方で、自然の中では様々な植物が砂漠や湿地、極地などのストレス環境にも耐えて生育しており、これら植物の環境耐性の仕組みを理解することは、今後の作物育種や環境保全において重要である。 私たちは、これらの現象の制御に関わる植物ホルモンの作用や植物の環境センシングの仕組みを遺伝子改変やゲノム編集による基礎研究により明らかにすることを目的としている。最近、植物の水センシングに関わる分子機構の研究から、植物が乾燥した時に活性化するオスモセンシングタンパク質が、冠水応答の制御にも関わっていることが明らかとなり、現在、その下流で発現が制御されている遺伝子の解析に取り組んでいる。
ジスプロシウム（Dy）を含むネオジム（Nd）磁石は、モーター等の省エネルギー化を可能にする高性能磁石です。今後の国内自給率増加に向けて、使用済み製品などからNd とDy をリサイクルする必要性が増す中、磁石中成分をいかに高効率に分離するかが重要です。 従来の分離法である溶媒抽出法では大量の有機溶媒を利用する問題点があります。水のみを溶媒としてNd とDy を高効率に相互分離・回収することができれば、低環境負荷という点で従来法より優れた分離法となり得ます。 本研究では、配位高分子化反応を利用することで、溶媒として水のみを利用して、Nd とDy を1ステップで沈殿分離できることを見出しました。これまでは無機塩生成が利用されてきた沈殿分離に、有機配位子を用いる配位高分子生成をはじめて取り入れることにより、Nd とDy の分離効率を向上できることを実証した研究です。
小さなころから動物や植物が身近で、生物にとても興味がありました。また、ものづくりが好きだったことから入学した埼玉大学教育学部の技術科教員養成課程で、卒業研究のテーマとして「植物生体電位」と出会い、人間の心電図や脳波と同じように植物にも電気信号があり、それを観測することで植物の状態を捉えられる可能性があることを知り、そのおもしろさに引き込まれました。 植物生体電位は、いろいろな周囲環境変化に対して敏感に応答することから、植物はとても高精度なセンサなのだ、ということに気が付き、植物によるセンサシステムの開発に興味を持ったことがきっかけで、現在は工学部で研究を進めています。 植物生体電位の研究は、研究例が少なく明らかになっていない点が多いですが、光合成活性との関係などを明らかにしており、農業現場の環境制御などに活用することで、省エネルギー、高効率な栽培技術の実現に寄与できる画期的技術となると考え、日々、研究を進めています。
植物体内で水分が移動する際に、小さな泡が発生して音響放射（アコースティック・エミッション、以下AE）が生じます。この微小なAE を検出するセンサの研究を進め、エレクトレットと呼ばれる帯電した物質を用いて植物のAE を検出できるセンサを開発しました。これは、植物の水分状態に関する情報をリアルタイムで得られる技術で、トマトのような水やりの管理が重要な作物の栽培支援技術として実用化を目指しています。 さらには開発したセンサは、1 Hz から300 kHz まで非常に幅広い周波数をカバーしているため、様々な生物が発するAE を検出できる可能性があります。そこで、現在は藻類やミツバチなどの生物のAE センシングにチャレンジしていて、作物栽培以外でもAE センシングが有望な生物培養分野を探索しています。 将来的には、農業に限らず様々な分野で生命の音を感じて多様な生態系と人をつなぐ社会の実現を目指します！
環境・資源問題が起こるのは、人間の経済活動が地球環境に与える影響が大きくなっているからです。世界中で異常気象が起こったり、地球上の自然資源が凄まじい勢いで破壊されたりしている中、私は経済活動が地球に与える負荷を緩和していくための経済政策に関わる研究を行っています。 私の研究分野は、環境経済学と資源経済学の二つの研究分野があります。環境経済学では、温暖化問題、大気汚染、生物多様性破壊など地球規模あるいは国境を越えたマクロレベルの環境問題に焦点を置き、問題を解決するための仕組みや制度を研究しています。資源経済学では希少資源の有効利用のために、ミクロ的な視点から個別のエネルギー、鉱物、農林水産物といった資源の持続可能な利用を促すための経済政策を研究しています。 こういった問題の解決には人間の行動を変えさせることが重要なため、最近は行動経済学や心理学と融合させた手法を使った研究を進めています。特に最近では、金融機関の環境問題への取り組みも注視されているため、環境負荷を低減するプロジェクトのための資金を集めることを目的としたグリーンボンドの研究を行っております。
界面活性剤を含む水溶液に気泡を発生させると、界面活性剤を含む気泡の表面に金属や有機物を吸着させることができる。気－液界面に浮上した気泡は泡沫となり、その泡沫は水溶液から吸着した物質のキャリアとして働くことができる。この泡沫を利用すると、水に溶解した物質を除去することができる。 一方で、この泡沫が球形に大きく膨らんだものがシャボン玉である。このシャボン玉の薄膜は数百nm と薄いため、重力下では色素粒子や分子を吸着しにくい特徴がある。このシャボン玉に色をつけることができれば、美しいカラーシャボン玉を作ることができる。シャボン玉に色を付ける研究にも取り組んでいる。 また、界面活性剤の新しい機能や性特性を研究から見つけ出すことに取り組んでいる。界面活性剤水溶液を用いて臓器の洗浄を行い再生医療のために脱細胞臓器を作成する研究等も行っている。
カーボンニュートラルの実現に向けて、地球温暖化の要因の一つとされる二酸化炭素の回収技術の研究開発が進められています。化学吸着法は回収技術の一つで、その中心的な従来技術であるアミン系化合物による二酸化炭素の化学吸収法は、有機化合物ならではの揮発性、有毒性及び腐食性等の問題を有しているため用途が限定されていました。 当研究室では、これまでにないほどの安価な原料（ナトリウム、鉄、酸素）からなる材料が、幅広い温度域において、大気中や幅広い濃度の二酸化炭素を混合ガスから分離回収できることを見出しました。現在、二酸化炭素の吸収速度の向上、再生技術の開発、回収二酸化炭素の有効利用を進めています。また、ナトリウムフェライトよりも大気中の二酸化炭素の回収に優れた機能をもつ新規な無機固体酸化物を見出すことに成功しており、二酸化炭素の吸収材料の用途環境に最適な新規な材料開発を推進しています。
液体には多種多様な分析手段を適用することができるが、それらの手段で分析するのはバルクの液体である。バルクとは、表面にある分子を除く全ての分子を意味する。例えば半径1 ミリメートルの水滴では、99.9997%はバルクの水分子である。大部分はバルクなので、“普通に”測定すればそれは自動的にバルクを測定したことになる。 バルク以外、つまり液体の表面を分光分析するためには、ほんのごく少数である表面の分子だけを感度良く捉える“普通でない”測定方法が必要となる。液体の表面は、バルクと異なる独特な性質を有していて、地球環境を左右する大気化学反応や医療・製薬において重要な生化学反応が起きる特別な反応場となっている。 私は、バルクの紫外可視吸収や赤外吸収と同様の高い信頼性をもつ分光分析を液体表面に対して可能にすることを目的として、2004 年から液体表面の分光分析の方法の開発に取り組んでいる。
グラファイトや二硫化モリブデン、黒リンといった物質は、二次元平面状に拡がった単位層がファンデルワールス力を介して積層した層状構造を持っています。この厚みが1 ナノメートル以下の単位層は「層状物質原子層」とも呼ばれ、究極的に薄い半導体素子材料として近年脚光を浴びています。 この原子層材料を用いて、高性能な電界効果トランジスター（FET）、ガスセンサー、光電変換素子、熱電変換素子等を実現しようとする試みが世界中で進められています。研究室ではこれらの素子開発に必要な、層状物質バルク単結晶及び単結晶超薄膜を作製する研究を行うと共に、それらを利用したFET、ガスセンサー等の素子開発を行っています。
渡り鳥などの動物が地磁気を感じて、それにより渡りなどの行動に活かしている事が、多くの研究から明らかになっています。私たちはそのメカニズムの候補として考えられているラジカル対の化学反応と磁場を感じるメカニズムを研究しています。 その事を、ラジカルという孤立した電子が持つ小さな磁石（スピン）が量子力学的に振る舞うことを基として、生物において量子力学が織りなす現象などを明らかにしようとしています。このような基礎研究は、現在注目されている、スピンエレクトロニクスなどの所謂量子デバイスへの応用や生体組織の可視化や、新しい生体モデル構築への可能性があります。
生物は磁場を感じていることが知られています。渡り鳥が何千km を飛ぶのには、地磁気を利用していると知られています。磁性細菌は、体内にある酸化鉄（磁石のようなもの）を持ち、磁場で動く方向を決めます。我々、ヒトも潜在的に磁場を感じていることを示す研究もあります。磁場を感じる仕組みが応用できれば、生体中で起きる様々な反応を磁場で制御できる可能性があります。特定の位置で化学反応を促進できれば、ガン治療などの新しい原理になりえます。 そのメカニズムはわからないことだらけですが、生体中のタンパク質や金属の電子が持つ磁石としての性質（スピン）に着目しています。磁場が電子スピンを通じて生体分子の構造や性質に影響する仕組みを解き明かそうと研究を進めています。 生体分子への磁場効果は医療や新しいバイオテクノロジーにつながります。電子スピンと磁場効果には、太陽電池など、生物・化学・物理の枠組みをまたいだ、広い応用可能性が期待されています。
権力の象徴であったクレオパトラの紫色の衣や、日本の僧侶における緋色の法衣など色は古代から人を魅了してやまない。現在も様々な場面で彩りのある色があふれているが、新しい骨格構造を持った色素の開発は非常に魅力的で奥深く、現在なお精力的に行われている。近年は単に衣服を染めるだけでなく生体内で利用できる色素から電子デバイス材料用の色素など幅広い分野に利用可能な色素の開発が行われている。我々は、以下の2 つのテーマを中心に研究している。 ・近赤域に吸収を持つ化合物の合成 電子デバイス用色素としてだけでなく、生体イメージング色素として、近赤外域に吸収を持つ色素の開発を行っている。更に、吸収だけでなく発光色素へ展開も行っている。 ・有機薄膜太陽電池用色素の合成 再生可能エネルギーの観点から有機薄膜太陽電池用色素の開発を行っている。室内光の効率的な利用のためのドナーアクセプター型長波長域吸収色素の開発を行っている。 このように新しい色素骨格の提案が重要であると考えている。
人間に右利きと左利きという利き手があるように、分子の世界にも右手型と左手型の分子（エナンチオマー）が存在します。食品や医薬品、香料などの用途において、この左右の分子は全く異なる作用を示すことがあるため、混合物をそれぞれのエナンチオマーに分離する技術（光学分割）が重要になります。光学分割の技術そのものは古くから知られていますが、その系統的な研究は世界でも多くありません。 そこで私たちは光学分割をより使いやすい技術にするために研究しています。例えば、従来の方法では左右どちらか一方の分子しかうまく得られないという問題がありましたが、使用する溶媒を変えるだけで、両方のエナンチオマーが得られる方法を見つけました。その他にも、これまで分離が難しかった化合物を安価に分離できるようにする方法の開発にも取り組んでおり、分離効率・汎用性・経済性を兼ね備えた方法の開発を目指して研究を進めています。
超伝導センサは、他のセンサでは実現できないような感度をもっています。感度が高いことは、つまり今まで見えなかったものが見えるようになる、ことを意味しています。性能に優れる超伝導センサですが、1 画素あたりの有感面積が小さいことが欠点として挙げられます。 それを克服するために、超伝導業界では殆ど取り組まれていない3 次元実装化に注目しました。3 次元実装とは、デバイスが集積された基板を縦方向に積層化することです。この利点は、通常であれば基板という平面、つまり2 次元空間内でしかデバイスを配置できなかったことが、高さ方向まで拡張できることにあります。単純な構造ではありますが、それを実現するのはなかなか手強く、日々学生達と議論しながら一歩ずつ研究を進めているところです。
我々は、ナノメートル（10 億分の1 メートル）サイズの半導体微細構造を利用して、光エレクトロニクスデバイスを高性能化するための研究を行っています。 例えば、半導体中で電子を十数ナノメートル程度のごく狭い領域に3 次元的に閉じ込める「量子ドット」と呼ばれる構造を用いると、閉じ込められた電子のエネルギーを人為的に調整できるようになるなど、優れた特性を発揮することが可能になります。この量子ドットを太陽電池の中に多数並べることで、通常は吸収できない波長帯の光を量子ドットが吸収し、幅広いスペクトルをもつ太陽光のエネルギーを無駄なく電力として取り出すことができるようになり、発電効率を飛躍的に高めることが可能になります。 このような半導体ナノ構造は、高効率太陽電池の他にも高輝度発光素子や高感度センサーなどへの応用が期待できます。実際のデバイスとして利用するには、ナノスケール構造物の形状やサイズとその均一性、さらに配列性などを精密に制御した上で高密度に作る必要があり、そのための高精度な微細構造の作製技術を開発しています。また、各種分光測定技術を駆使してそれらの材料の特性を評価しています。
ペロブスカイトとは結晶構造の一つで、鉛や錫とヨウ素や臭素などのハロゲン元素、有機物であるアルキルアンモニウムイオンから構成されるペロブスカイト構造の結晶を光吸収層として用いたものがペロブスカイト太陽電池である。 溶液プロセスで簡便かつ低温で成膜出来るペロブスカイト層の厚さは0.3μm と太陽電池の9 割以上を占めている単・多結晶シリコン太陽電池の厚さ150 ～ 200μm と比べるとわずか約500分の1 の厚さで、省資源である。 ポリエレクトロライトとナノ粒子間の静電相互作用や、リン酸化合物の自己組織化単分子膜を活用すれば凹凸のある透明導電膜上に高性能ペロブスカイト太陽電池を簡便かつ高速・低温で作製が可能となる。また表面自由エネルギーの小さいフッ素系物質をペロブスカイト前駆体に添加して塗布・加熱するのみで、自発的にペロブスカイト表面に偏析することにより、ペロブスカイト表面をパッシベーション可能で、太陽電池の高性能化が実現でき、高耐久化が期待できる。
生体内のタンパク質の多くは、高性能なナノマシンとして機能するために正確な構造をとる必要があります。試験管内タンパク質合成系は、高性能なタンパク質を作るための非常に優れた技術です。例えば動物のタンパク質については殺生せずに試験管内で作れます。直接取り扱うと危険な感染症微生物やウイルスの場合にも、DNA 配列情報さえあれば安全な環境下で目的とするタンパク質を作ることができます。 現在は、機能を調べることが困難とされる膜タンパク質や酵素タンパク質に焦点を絞って研究をしています。膜タンパク質は薬の標的になるものも多く医薬・農薬の研究に重要です。また、膜輸送体として栄養分や代謝物の細胞への出し入れをコントロールする重要な働きをするものも多く、これらの働きの解明は学問的にも大きな意義があります。 酵素タンパク質は自然界に存在する化合物を常温・常圧で効率よく作り出せる理想的な触媒です。試験管内で改良、すなわち分子進化させることにより、より高度な機能を獲得させた酵素を作り出すことも可能です。
嫌気性細菌由来のセルラーゼ複合体“セルロソーム”は高効率に植物細胞壁（バイオマス）を分解でき、今後の循環型社会に貢献できる可能性を秘めています。しかしながら、セルロソーム生産菌は嫌気性のため培養が困難です。 そこで、古くから大腸菌と共に研究され、様々な知見が蓄積している枯草菌（納豆菌の親戚）を用いて、セルロソームの分泌生産に取り組んでいます。他にも有用タンパク質を枯草菌で分泌生産できる可能性があります。
mRNA はタンパク質を作るための情報をもつRNA ですが、細胞内にはメッセージをもたないノンコーディングRNA も多く存在します。我々はこれまでmicroRNA という小分子ノンコーディングRNA によって、RNA ウイルス感染の免疫応答が制御されるメカニズムの解明を行ってまいりました。このメカニズムの解明は新規の核酸医薬開発に貢献できる可能性があります。 また、siRNA もmRNA の遺伝子発現を抑制しますが、siRNA は1 つの遺伝子に対して発現抑制作用を有するのに対し、microRNA は特定の遺伝子群全体に作用します。microRNA を利用した核酸医薬品はまだ存在しませんが、ウイルス感染細胞におけるその作用メカニズムが明らかになれば、核酸医薬品の可能性がさらに広がるのではと夢を膨らませています。
スフィンゴ脂質は動物や植物に普遍的に存在し、細胞に必須の生体膜脂質として機能しています。また、ヒトなど一部の動物では、スフィンゴ脂質に含まれるセラミドは角質層の細胞外脂質の主成分として、肌バリア機能を支えています。そのためセラミドは、基礎化粧品や機能性表示食品の機能成分として、近年需要が急成長しています。 現在は安全かつ安価なセラミド源として植物由来脂質が利用されていますが、植物にはヒト肌と同型の遊離セラミドはほとんど含まれず、大部分が利用性の低い糖セラミドとして存在しています。植物の糖セラミドの合成や分解に関わる酵素遺伝子のはたらきを利用して、利用価値の高いセラミドを安定生産する代謝工学技術の開発を目指しています。また、植物本来のスフィンゴ脂質機能を改変し、バイオ燃料の材料となる植物油脂や、機能性タンパク質を種子に高蓄積させる研究も行っています。
体の中では多数の細胞が働いていますが、その機能（健康状態）を調べる指標の1 つに、生体膜電位があります。たとえば、脳では、神経細胞が発火することで情報を伝えますが、その際には80 ミリボルトといったごく小さな膜電位の変化が起きています。この電位変化をとらえることで、脳や心臓といった様々な器官の状態を調べることができます。 これまでは、細い電極を体内に入れて記録することが主流でしたが、私たちは、生きたまま非侵襲で記録できる有効なツールとして、「膜電位イメージング」の開発を行っています。近年、細胞の膜電位を明るさや色の変化としてとらえることができる、センサータンパク質（膜電位センサー）の開発が進んでいます。私たちは、この新規膜電位センサーを、体が透明で生きたまま体内を見ることができる、熱帯魚ゼブラフィッシュに用いることで、細胞の活動（健康かどうか）を、ライブイメージングにより調べています。
生物は時間の経過によって老化するが、実際のタイミングはさまざまである。「老い」には何か関わっているのか？遺伝子の機能の観点でその問題を解明してきた。アカパンカビを用いた実験によると、そのほとんどがミトコンドリアの維持に関係していた。 ミトコンドリアは、活動のためのエネルギーを生み出すパワーハウスであるが、日々の酷使のため、それ自体に悪い部分が生じるため、その部分を除去しなければならない。ミトコンドリアは分裂と融合を繰り返し、不具合のある部分を処分する。また、ミトコンドリアに必要な遺伝子の多くが、独自に存在するDNA にコードされているが、時として大きく欠落する。 ミトコンドリアを適正に維持する遺伝子が異常となり、ミトコンドリアが機能不全となり、老化が加速化する。加速度的な老化をもたらす遺伝子を新たにすることで、加齢のメカニズム研究に役立てられ、長寿命化が鍵となる産業作物への応用が可能となる。
生物の遺伝情報を担うDNA は、様々なDNA 損傷因子に曝されています。DNA 損傷は遺伝子突然変異を誘発し、発がんや遺伝病、細胞老化の原因となります。生物はこれらの脅威から身を守るため、DNA 損傷修復機構を獲得しました。この機構は大腸菌から植物、人に至るまで、地球上に存在するほぼ全ての生物が有しており、生物は各々の生存戦略に適した DNA 修復システムを構築しています。 私は、高等植物と微生物を用いて、DNA 損傷修復、変異誘発、細胞の老化に関する基礎研究を行うことで、人以外の生物がもつDNA 損傷修復機構の全貌解明に取り組んでいます。将来的には、これらの基礎研究から得られた知見を有用生物の生長促進や病原性微生物による病害低減などに応用して行きたいと考えています。
消化管運動は、ホルモンなどの内分泌因子と自律神経系及び腸管神経系を含めた脳腸相関機構よって緻密に調節されている。消化管運動の中でも胃収縮の機能異常は、胃もたれ、機能性胃腸障害そして糖尿病性胃麻痺などの疾患を誘発する。これらの疾患はquality of life（QOL）の低下となることから、胃運動機構の解明及び胃運動を亢進もしくは抑制させる因子の同定は創薬開発や治療法の観点から注目されている。 げっ歯類であるマウスやラットは最も一般的に使用されている小型実験動物であるが、ヒトの消化管運動様式と大きく異なっている。消化管運動の研究は、主にイヌを用いて行われてきたが、イヌは比較的大型であることやコンパニオンアニマルであることから、当該分野の研究が遅滞していた。所属研究室では、消化管運動研究モデルとして小型哺乳動物の食虫目スンクスを見出し、胃運動調節の研究を行っている。 これまでに、消化管ホルモンであるモチリンとグレリンが協調的に作用することで胃の強収縮運動が刺激されることや迷走神経、交感神経そして腸管神経の胃運動への関与など、これまで不明であった胃収縮運動の基盤的駆動メカニズムを明らかにしてきている。
我々生物の最小構成単位は細胞ですが、細胞は脂質二重膜を主要構成要素とした細胞膜により覆われています。この細胞膜は細胞内の環境を外部から隔てる壁として機能する一方で、必要に応じて外部から分子を細胞内に取り込むことで我々生物の生命維持に寄与しています。 この細胞膜の特殊な生理機能において、その主要構成要素である脂質二重膜の物性、特にダイナミクスは非常に重要であり、脂質二重膜中での脂質の動きを理解することで細胞膜の理解が深まると考えています。我々の研究室では、脂質二重膜中での脂質の動きを精密に解析する新しい蛍光分光手法の開発と応用を行なっています。肉眼では見えない小さな分子の動きから我々生物の類まれなる機能を理解することを目指して日々研究を進めています。
生体高分子は柔軟な構造を持つため、その構造はゆらいでいる。私達は、「この動的な構造（ダイナミクス）が生体高分子の機能にどのように関わっているのか？」に興味を持っている。特に生体高分子のダイナミクスが細胞内環境にどのように影響を受け、機能発現につながるのかを明らかにしたい。 ダイナミクスは、一般的な分光測定で観察する複数分子の平均構造から求める事が難しく、一分子ずつを区別した観察が必要となる。私たちは観測対象である生体高分子に蛍光色素を修飾し、その蛍光信号のゆらぎから一分子に由来する情報を引き出し、生体高分子のダイナミクスを解析する。この方法により、1/1000000 秒～ 1/1000秒の時間領域における詳細な情報を得る事が出来る点が他の研究との違いである。 この方法を用いて、細胞内の混雑した環境が与える核酸やタンパク質へのダイナミクスへの影響や、細胞内におけるダイナミクス観察の方法論を開発している。
私はどんな種類の分子を対象にした場合でも、それらを認識（結合）できる分子素材を自由自在に提供できる方法を作ろうとしています。DNA アプタマーという低分子から高分子、細胞までを認識できるDNA 配列であれば、それが可能だと考えています。 そこで、アプタマー配列を高速・簡便に得ることができる方法をキャピラリー電気泳動法（CE）という分離法を使って確立しました。実際に、様々な種類のDNA 配列とタンパク質や動物細胞・細菌細胞などのターゲットとの混合物試料からターゲットと強く結合するDNA だけをCE 分離して獲得（選抜）できることを実証しています。また、得られた配列を機械学習で解析して高機能性配列を得たり、複数のアプタマーを連結することで高薬理活性を示す分子の開発にも既に成功しています。この様に分子認識素子が自由自在に得られれば、核酸創薬や診断試薬の開発、分離素材の開発などへと幅広い応用が可能だと考えています。
生体内には様々な種類の糖が存在する。これらはそれぞれ、生命の維持のために必須な役目を担い、常に体の中を巡っている。そのため、体内における糖のバランスの崩れは、今日の我々をおびやかす重大な疾患へと直結してしまう（例：糖尿病など）。つまり、糖の量を測る技術の開発は、人体の不調を早期発見するために重要である。 このような技術を開発するために、私は、糖と結合して光る分子である「分析試薬」の設計を行っている。私の研究では、様々な骨格（有機色素、金属錯体、超分子錯体、ナノ粒子など）を基盤とすることで、シンプルな構造で、優れた検出能力を持つ分析試薬を開発している（図1）。これまでに、数多くある糖の中でも、D- グルコース（血糖）だけを光らせる超分子錯体型の分析試薬を開発することに成功した（図2）。この技術に基づくことで、糖尿病を早期発見するための診断システムを開発することに繋がると考える。
生物はしなやかな運動が可能ですが、その動力源となっているのはモータータンパク質です。各々の分子は、数ナノメートルずつしか動きませんが、おびただしい数の分子が協調的に作用することで、生物はバクテリアからクジラまで幅広いスケールの運動を実現しています。 精製したモータータンパク質「微小管とキネシン」を用いて、ネットワーク状に架橋して動かすことで、分子（ナノメートル）よりも大きなマイクロメートルの大きさで揺らぎ運動を発揮する「運動ゲル」材料を開発しています。運動ゲルの「微小な物体を揺らす性能」を医工学に活かす研究をしています。 生体内で細胞を取り巻く環境もマイクロメートルのスケールで「揺らいでいる」ことに着目し、積極的に揺らぎを生み出す環境を創りだして細胞の未知なる挙動や潜在能力を捉えようとしています。将来、がん細胞が移動するパターンによりがんの転移を分類・予測できるかもしれません。
生物の機能や不調を非侵襲に可視化し、病態診断、毒性試験、有効成分スクリーニングを目指している。細胞のライブイメージングとフローサイトメトリーによる高速解析を駆使し、動物実験に匹敵する解析システムの開発を行なっている。生体内で進む化学反応や物理相互作用を感知する非侵襲のセンサー分子を作製、細胞へ導入、有害或いは有効成分への暴露、光（蛍光）を用いてセンサーの応答を検出する。抗がん剤、大気汚染物質等の毒性や医薬部外品等の有効性試験法を確立していく。 一方、病態部標的性センサー分子からなるナノカプセルの作製も進めている。作製はすべて生理的条件下で行い、従来の合成医薬品とバイオ医薬品の混合物（カクテル）デリバリーシステムを目標にしている。センサー分子はデリバリー状況のモニターに使用する。さらに、代謝異常等体内に蓄積した有害物質体外排出システム、ディスチャージシステムの構築も進めている。
植物は大気中の二酸化炭素を吸収して成長する、脱炭素化に貢献するバイオマスである。取り込んだ二酸化炭素の一部は、細胞壁に利用される。維管束木部を構成する道管要素や繊維細胞では、通常の細胞壁の内側に肥厚した二次細胞壁を形成する。地上部で最大のバイオマスである樹木の幹の大部分は維管束木部であることから、二次細胞壁は樹木バイオマスの実体であると言える。さらに、二次細胞壁は主に、セルロースやリグニンなどの高分子化合物で構成されており、これらはバイオエタノールやバイオポリマーの材料としても注目されている。 二次細胞壁形成には、多くの遺伝子が関わっている。私たちはこれまでに、二次細胞壁形成全体を制御する鍵遺伝子を同定しており、それら分子機能を明らかにしてきた。さらに得られた知見を利用し、特定の遺伝子情報を改変するゲノム編集技術等を駆使して、木質バイオマス利活用に有用な植物の作出にも取り組んでいる。
ブドウ糖などの糖が鎖のようにつながった構造を糖鎖と呼び、数個の糖からなる糖鎖をオリゴ糖と言います。このような糖鎖の構造によりA 型やB 型などの血液型が決まっています!! また、インフルエンザウイルスなどによる感染症にも糖鎖が関係しています。我々の身近ではいろいろな糖鎖が活躍しています。 医療系学部はありませんが、検出・診断・治療に関する創薬の研究開発を理工学の見地から実施しています。私達の体の細胞一つを巨大分子として考えたとき、たくさんの機能物質（糖鎖やタンパク質）がその表面に提示されているように見えます。そこで、機能物質を人工的に集めて多価型（クラスター型）化合物を作り出し、より活性の向上した物質になることを見出しました。現在、機能物質の創出や多価型化合物への誘導などを行い、新しい創薬へ繋がる研究開発を実施しています。
ウイルスは非常に小さく色もついていないので、肉眼では、それらがいるのか、いないのか分からない。我々は、検体と混合して5 分後に紫外線照射すれば、調査したいウイルス等がいれば発光する分子を開発した。これは、標的ウイルスがいないとき、もしくは標的外のウイルス類がいても発光しないので、調べたいウイルス、微生物の『見える化』を実現できる。この分子を使ったインフルエンザウイルスの検出試験では、市販されているイムノクロマトキットに比べ、1,000倍も高感度検出できることが分かっている。 また、量子収率が90% にも達する高輝度な蛍光ビーズの開発にも成功している。これは、従来の蛍光色素を使ったビーズよりも数十倍明るく光るだけでなく、光に対する安定性も兼ね備えているため、実用性に富んでいる。この高輝度蛍光ビーズに抗体を結合させることにより、標識化抗体としてイムノクロマトキットや病巣のマーカーとして利用すれば高感度化が期待できる。 新型コロナウイルスのイムノクロマトキットを試作し、既製品に比べ大幅に高感度検出ができることが分かった。その他のウイルス・病原体の検出にも応用可能である。
「三人寄れば文殊の知恵」という諺（ことわざ）は、私たちの日常生活でよく耳にします。この集団の力は分子レベルの世界にも存在することをご存知でしょうか？糖鎖は糖鎖受容体と結びつくことで細胞間の情報伝達を行いますが、糖鎖単体では弱い結合力しか持ちません。しかし、複数の糖鎖が集まると、その効果は単純な足し算をはるかに超え、時には数百倍から数十万倍にも及ぶ驚異的な力を発揮することがあります。これを「多価効果」と呼びます。 私たちの研究の特徴は、この自然界の巧妙な仕組みを人工的に再現し、さらに強化することです。糖鎖や次世代抗体など、さまざまな分子を集積化した人工分子を設計し、その相互作用を詳しく調べています。分子が協力し合う力を上手に活かすことで、医療の未来に貢献できることを願っています。
様々な疾患も含めた多くの生命現象がタンパク質などの生体分子によって引き起こされており、生命現象の理解や疾患の根本的な治療にはミクロな領域での分子構造やダイナミクスを観察することが重要です。分子動力学シミュレーションは、原子解像度を持つ生体分子モデルを計算機の中に再構築し、物理法則によって分子を動かすことでミクロな振る舞いを「直接」観測することができる技術です。コンピュータの計算能力と相まって近年では計算顕微鏡と呼ばれるまでに発展し、実験を補完する手法として盛んに利用されています。 ただし、創薬や材料開発へ貢献するには「計算時間がかかりすぎる」「モデル精度の限界」という二つの課題があります。1 つ目の課題に対して、我々は効率的なアルゴリズムを導入することで、次世代抗体などのループ構造を短い時間で予測できるよう取り組んでいます。二つ目の課題に対して我々は、統計数理・機械学習による手法を導入して、実験データとシミュレーションを統合してより精度の高い観測を実現する手法開発に取り組んでいます。
スマートフォンは、日常的な写真撮影において最も身近なデバイスとなっており、撮影、編集、共有までを一つのデバイスで完結させることができます。私は、AI による画像処理技術を活用して、モバイルカメラにおける写真体験の向上を目指しています。 従来、スマートフォンのような小型のカメラは、レンズやセンサが物理的に小さいため、画質や色再現性に限界がありました。しかし、現代のスマートフォンは高い計算能力を備えているため、AI を用いた複雑な画像処理をリアルタイムで行うことができます。これによって、スマートフォンのような小さなカメラでも非常にきれいな写真を撮影することができます。 さらに、AI 技術は撮影後の画像編集においても革新をもたらしています。例えば、画像変換技術を用いることで、撮影した物体の見かけの材質を、ユーザの意図に沿った別の材質に変換することができます。
私の研究分野は、美学、芸術学、色彩論、それから現代信仰論と多岐に渡ります。中でも、これから特に力を尽くしていこうと考えているのが、哲学の1 分野である美学に関する研究です。美学とは、いうなれば感性の哲学です。感性とは、はっきり認識できるけれども説明できないもののこと。例えば、美しいという観念は人々の間で共通認識として確かに存在しますが、「美しいと感じるものがなぜ美しいのか」は、はっきりと説明できない。そういうものについて深く考えるのが美学です。 美学の研究成果は、世の中に大きな影響力を与えるものになる可能性があります。例えば、宗教や政治は立場によって捉え方は人それぞれ。しかし、音楽や絵画、小説、詩などの芸術の美しさは、立場が異なっていても同じように感じるものです。つまり美学の研究によって、「美しさとは何か」がわかれば、伝えたい情報に非常に強い拡散力をもたせることができるかもしれないのです。
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