金沢大学 超然プロジェクト×先魁プロジェクト

異分野融合型

ハイブリッド分子技術による物質創成

プロジェクト代表者 
宇梶 裕
所属組織・役職等 
理工研究域物質化学系 教授
研究分野 
Chemistry, Multidisciplinary(化学、総合),Engineering, Chemical(工学、化学),Materials Science, Multidisciplinary(物質科学、総合)
生体調節、 ポスト・ゲノム、血管、病態
Biological regulation, Post-genome research, Blood vessel, Clinical condition

化学は,素粒子から生命までの多種・多様な天然物や人工的な物質の構造・性質・変換を扱う物質に関する学問であり,極めて幅広い領域をカバーしています。このように化学はあらゆる自然科学系学問分野の基礎となることで,人類の発展に寄与して来ました。現在私たちが直面しているエネルギー問題や環境問題についても化学無くして解決は不可能です。さらには,ものづくり等の産業においても,化学を基盤とする化学産業は最も高い活力を維持している基幹産業として位置づけられます。

「分子技術」という共通の土台
本プロジェクトでは,理工統合によるメリットを生かし,従来培われた物性解析・合成技術などの細分化されたケミストリー体系を,ものづくり(物質創成)を核とする「分子技術」として融合し,「分子技術」という共通の科学的概念を持って研究に取り組む体制を構築します。この研究体制により,材料,情報,環境,医療などの諸問題への取り組みを強力に推進し,社会の持続的かつ革新的発展を支える科学技術イノベーションを実現することを目的とします。
そのために本研究では,細分化された研究分野を「分子の設計・創成技術」,「変換プロセスの分子触媒技術」,「分子の光および電子状態制御技術」,「高分子化合物の形状制御・再生技術」,「バイオミメティクス(生物模倣)技術」という分子を基盤とする横断的技術概念で捉え直し,研究を推進します。これにより,様々な専門分野,各々活動している接点の少ない化学研究者が,「分子技術」という共通の土台に立って,互いの研究を見つめ直すことができるようになり,新たな展開が期待できます。いずれの課題も,従来の分野細分型体制での研究推進には限界があるため,分野を超えた研究者同士の交流,切磋琢磨が必要であり,各分野が融合,連携することが重要であると考えています。
本研究は,「分子技術」といった広い範囲を対象とするものではありますが,物質化学系の特徴を最大限に活かすために,持続的社会の発展に資する(1)大量資源の活用を目指す分子技術,(2)希少資源の超効率活用分子技術,(3)省資源化のための分子技術,この3つの分子技術確立を一つの方向性として位置づけます。この3つのテーマに力を注ぎ,ハイブリッド分子技術を確立することにより持続的社会の実現に寄与したいと考えています。

応用展開上のボトルネックを分野融合により克服する
「分子の設計・創成技術」においては,元素の特性を活かした無機・有機融合設計法を案出し,新たに社会に提供できうる分子創成技術を確立します。「変換プロセスの分子触媒技術」では,磁性,伝導性,超伝導,強誘電体,不均一触媒などに優れた性質を示す物質である金属酸化物や,精密デザイン設計による無機・有機ハイブリッド機能性分子を活用して分子ビーカーをつくり,そのビーカー内に有機分子を取り込むことによる立体および位置選択的な変換プロセスを目指します。「分子の光および電子状態制御技術」では,高性能な発光材料の開発が有機EL,照明,発光ダイオード,医療などの分野にとって重要であることに鑑み,極めて強い発光を示す蛍光材料・りん光材料の基礎学理を明らかにするとともに,新規発光材料としての有用性を実証するほか,植物が太陽光を効率的に利用することを模倣した光スイッチ等の光分子技術の確立も目指します。「高分子化合物の形状制御・再生技術」では,持続可能循環型低炭素社会実現の社会的要請に応えるため,特に,補強剤を添加し廃プラスチックと相溶させる相溶化技術を開発し,プラスチックのゴミ問題の解決と省エネルギーを同時に達成することを目指します。「バイオミメティクス(生物模倣)技術」では,生体内化学反応や生体分子間の相互作用の基本原理を分子・原子レベルで明らかにし,反応場を精密設計することで,反応中心の化学反応性及び反応物と反応中心との相互作用を制御し,化学反応を自在にコントロールすることで,触媒のデバイス化,室温で稼働できる低環境負荷の新しい反応プロセスの開発並びに新規機能性材料の創成を目指します。タンパク質工学と生物無機化学の研究を融合することにより,酸素原子添加反応による新規機能性物質の合成,酸素分子の水への4電子還元反応を利用した燃料電池カソード電極触媒の開発,水の酸化反応が可能な触媒の開発に貢献できると期待されます。
以上のような「分子技術」の研究開発では,従来の化学や物理学,生物学,数学などの学術分野単独の知見では推進が困難であり,応用展開上のボトルネックを共通的課題として分野融合的に取り上げて,それを克服する体系を構築することが重要であると考えられます。

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