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本学の注目すべき研究者のこれまでの研究活动や最新の情报を绍介します。

材料科学高等研究所　阿尻 雅文 教授

コーヒーを饮みたい、でも、わけあって今はカフェインを摂れないというとき、デカフェことカフェインレスコーヒーの存在はありがたいはずです。では、コーヒーからどうやってカフェインを抜いているのか、考えたことはありますか。

原理としては、コーヒー豆を溶媒というものに浸し、最终的にカフェインだけを溶かし出します（抽出）。溶媒としては、エタノールやベンゼンといった有机溶媒か水を用いますが、意外なことに二酸化炭素を使う方法もあります。

二酸化炭素は、物质の例にもれず、温度によって気体、液体、固体という３つの状态をとりますが、それに加えて、温度31.1℃以上かつ気圧73.8気圧以上で、超临界流体という、液体と気体を併せ持った状态にもなります。この状态だと、コーヒー豆の中によく浸透し、カフェインを効率よく溶かし出すことができるのです。

分离ではなく合成という発想の転换

超临界二酸化炭素は、カフェインだけでなく、いろいろな物质の分离に使えます。阿尻さんが平成元年に东京大学から移ってきた当时の东北大学は、超临界研究の世界拠点の１つでした。化学反応によるモノ作りの研究をしていた阿尻さんは、それまでは主にモノの分离に使われていた超临界状态をモノ作りに使えないかと考えました。

そこで阿尻さんが目をつけた溶媒は、二酸化炭素ではなく水でした。水は、374℃、218気圧（22.1 MPa）になると液体でも気体でもない超臨界状態の水になります。超臨界水になると性質も変わり、それまで溶けなかった有機分子が溶けるようになります。有機溶媒の性質を併せもつようになるのです。水と油が混ざり合ってしまう不思議な領域に入るのです。

じつは、自然界でもこれと同じことが起こっている场所があります。深海底の热水鉱床です。超高圧のそこでは、地中から喷き出す超临界水にさまざまな物质が溶け込んでいて、さまざまな化学反応が起きています。生命の起源には热水鉱床が関係していたという説もあります。

阿尻さんは、热水鉱床に似た超临界水状态を実験室で作り出すための装置を手作りし、いろいろなものを手当たりしだいに混ぜてみることにしました。超临界といえば分离という常识を破り、混ぜ合わせる研究の世界を开くことにしたのです。

最初のターゲットは、无机ナノ粒子の合成でした。无机物质の水溶液を超临界状态に一気に移行させることで、きれいな无机ナノ粒子が作れるようになりました。热水鉱床や火山爆発で起きていることを再现したという言い方もできます。

合成された无机（金属）ナノ粒子は、パウダー状で、とても美しいものでした。しかし、纯粋すぎるせいで、逆に使い胜手があまりよくないことがわかりました。インクや树脂（ポリマー）、有机溶媒などの中には混ざらないため、応用がきかないのです。

たとえば高屈折率をもつ透明なナノ粒子をポリマー中に均一分散させられれば、光の散乱や吸収が起こらずに高い屈折率を示すポリマー材料を作ることが可能になります。あるいは、ナノ粒子を溶かしたインクが开発できれば、集积回路などの製造に使えます。また、がん细胞を认识してくっつく抗体と磁石の性质を持つナノ粒子を组み合わせることで、造影したり、磁场を手掛かりにした温热疗法が可能になります。无机粒子に、有机溶媒にも溶ける有机の机能も持たせたナノ粒子ができれば、使い胜手がとてもよくなることが判明したのです。

そのためには有机分子を无机ナノ粒子と结合させる必要があります。ところが、有机分子は、ふつう水には溶けません。しかし前述したように、超临界状态では水が有机溶媒のような性质を帯びるため混ざるようになります。ただ有机分子と无机分子は、ふつうは完全に化学结合して新しい分子になることはありません。しかし、超临界状态下ならば、不可能が可能となるかもしれません。

新技术を社会実装するために

阿尻さんの研究室では、当时、无机合成と有机反応の研究を别々に进めていました。そこで、２つの研究を合体させることにしました。ただし、最初からうまくいったわけではありません。2つのモノが完全に混ざる条件を见つけること、そこで反応が进むための背后にあるサイエンスを理解する必要があったのです。そのサイエンスが见えてきたときはエキサイティングだったと、阿尻さんは语ります。

无机ナノ粒子の表面に有机化合物をくっつける（修饰する）技术の开発に成功したことで、さまざまな分野への応用が见えてきました。有机物と无机物の性质を併せ持ったハイブリッド材料の开発が可能となったのです。公司からの协力要请も増えました。

しかしそこで阿尻さんは、ちょっとしたジレンマを抱くようになりました。こういう材料はできませんかという公司からの依頼に答えるだけでいいのかと自问するようになったのです。社会のニーズに答えるのは、「工学」の使命です。しかし便利屋であってよいはずがありません。

そこで阿尻さんは、ニーズに合わせて特定の材料を开発するための研究は、学生には携わらせない「产」向けの组织（今は最近立ち上げたベンチャー公司が担当しています）で実施する一方、大学の研究室では学生と一绪にもっと大きな问题を解くための未开拓分野に挑戦し、サイエンスの新しい芽を育てる研究を行うことにしました。

そのためには、社会全体のニーズを読み取ることも重要です。たとえば、水素社会を実现するために必要な技术は何でしょうか。水素エネルギーの活用を阻む大きな问题は、水から水素を効率よく取り出す技术です。光エネルギーだけでなく排热や地热を利用した製法が考えられますが、そのためには低い温度で反応が进むプロセスの実现が理想的です。では、そのために必要な材料はどのようなものでしょうか。その提案ができれば、新规材料の开発に移れます。このように、これからは、大きなビジョンを描いたうえで、そこからどういう技术、どんな材料が必要かを逆に考える(バックキャストする）という発想が重要になると、阿尻さんは考えています。

阿尻さんは、今年の５月、紫綬褒章とボルドー大学の名誉博士号の授与に辉きました。名誉博士号授与の席でフランスの研究者から意外な言叶をもらいました。あなたのいちばんの功绩は、30年前に「プロセスの视点」を持ち込んで超临界水连続合成プロセスを作ったことだ。それによって応用研究である工业化だけでなく、基础研究、すなわち厂颁滨贰狈颁贰も大きく発展したというのです。「手作りの装置」が新たな研究领域を开いたことを世界は认识していると実感した瞬间だったそうです。

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东北大学総务企画部広报室
贰-尘补颈濒：办辞丑辞*驳谤辫.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）