Chapter-533 分子磁石

分子磁石は単分子磁石とも呼ばれますが、1個の分子が磁石として振る舞う数ナノメートルしか大きさの無い非常に小さな磁石です。

分子磁石の研究は材料化学の最先端研究分野の一つで、高密度の磁気記録や超高速な計算機などの開発を可能にする未来の材料だと期待されていますので、世界的な開発競争が展開されています。  

磁石の性質を持つ分子の構造が最初に明らかにされたのは1993年のことです。この分子は12個のマンガン原子を分子内に含んだマンガン12核錯体とばれる分子でした。その後、マンガン12核錯体とは全く異なる構造の分子磁石が次々に発見されました。その中には日本人が発見した分子もあります。  

2004年には鉄原子を持つ分子磁石有機化合物が発見されました。この分子磁石の磁力は203テスラもあります。普通の磁石と単分子磁石の磁力は単純には比較できませんが、肩こりに効くという貼る磁石で0.2テスラくらい、病院の検査装置のMRIで数テスラです。MRIは病室に鉄パイプのベッドを誤って持ち込むとベッドを宙に浮かせて装置の中に吸い込んでしまうほどの磁力ですが、分子磁石は非常に小さいのでそのような恐ろしいことは起きません。

最近、九州大学などの研究チームがフラーレンの分子磁石バージョン、つまり炭素原子で出来たボール状分子の分子磁石を作ることに成功しました。 実は小さな分子で単分子磁石を作ることは比較的簡単なのですが、フラーレンのような複雑で大きな分子で分子磁石を作ろうとすると、分子の内部で磁力が打ち消し合って失われてしまうことが普通なのです。

研究チームは分子の構造や鉄イオン同士の磁気的相互作用を精密に設計し、分子全体として磁力を持つ分子を開発しました。この分子は、コンピューターを使って精密に設計されており、全体として磁性の向きが揃うようになっており、これまでに報告されている1分子が持つことのできる磁力の強さの世界最高値をもつ高性能な分子磁石です。しかも、地球にありふれて存在する、炭素、窒素、酸素、鉄などで構成された分子なのレアメタルなどとは異なり材料はふんだんにあり、価格も安い点も特徴です。



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2015-02-22 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

Chapter-532 人は横目で見ようとはしない

目の回転はかなり自由度が高いので、真横に近い位置にまで目玉を動かしてものを見ることができます。

肉体的機能としてはそれほどのものがあるにもかかわらず、日常的には目だけを動かして対象を見ることはあまりせず、頭や体を動かします。つまり、私たちは横目でなにかをしっかり見るということはしません。

どうして横にあるものを見るときにわざわざエネルギーを使って顔や体をそちらに向けるのか、ということに興味を持って研究している科学者がいます。

東北大学電気通信研究所の研究者らは、横目でものを見る場合と顔を動かして正面で見据える場合では、視覚情報の神経的処理が異なるのではないか、と仮定し、それを検証するために心理学の実験でよく行われる視覚探索実験を行いました。

この実験は複数のアイテムの中からあらかじめ指定されたアイテムを目線だけで探し出す実験です。これをアイテムを正面で見据えた場合と横目で見ながらの場合で行って比較しました。 その結果、横目で目標を探そうとすると探索時間が特に長くなることがわかりました。横目でものを見るだけで情報処理に要する時間が長くなっているようなのです。

つまり、私たちが何かを見るときに横目機能を使わず頭や体をそちらに向けるのは、横目観察が人の視覚的な情報処理に妨害効果をもたらすので、エネルギーを使ってでも頭を動かした方がメリットがあるらしいことがわかりました。この頭部の方向と視覚的認知のメカニズムの関係については、今後、さらに検討をしていかなければならない重要な点だと考えられます。



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2015-02-22 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

ナノナノしさに萌え盛るナノインジェクター

下の写真は何かと言いますと、機械仕掛けの注射器です。
真ん中に保持されたボールのような球体に右下から針が伸びてきてプスッと注射します。
ナノインジェクターと呼んでください。
この造形だけでご飯が三杯はいけるレベルのメカメカしく萌える造形ですが、画面右下の縮尺棒に注目っ!

あの白い線が 200マイクロメートル、つまり 0.2ミリメートルなのです。
ちっさっっ!!
実はこれ、卵細胞などの1個の細胞に遺伝子を注入する装置です。

ナノインジェクター nanoinjector

一般的な遺伝子の注入も十分に細い注射針が使われるのですが、それでも細胞はとても小さいのでたとえば、人間にビールの中ジョッキくらいの太さの針で注射するようなもので、多くの細胞はぶっ壊れてしまいます。

けれどこのナノインジェクタならば細胞に比べても針が非常に細いので、なんと遺伝子注入後、7割もの細胞が生存できたのだそうです。

下の写真はナノインジェクターの全体電子顕微鏡写真です。全体の横幅が 1.5ミリメートルくらいです。

ナノインジェクター nanoinjector

針の付け根あたりを電子顕微鏡で拡大し見るとこんな感じです。
白い目盛りはなんと 0.02ミリメートル。

ナノインジェクター nanoinjector

すごい、ちゃんとできてる・・・

ナノインジェクター nanoinjector

ナノインジェクターに電気を流すと、針を保持している櫛状の部分がたわんで、針が押し出される仕組みになっています。
小さいのに動きます
わきわきっ

ナノインジェクター nanoinjector

光学顕微鏡で撮影した実際の遺伝子注入の写真が下です。
まず、針を電気でプラスにします。遺伝子はマイナスの電気を持っていますので針にくっつきます。
その状態でナノインジェクターに電気を流すと櫛が細胞の中に刺さります。この時に針のプラスマイナスを逆転させてマイナスにすると、遺伝子と反発して遺伝子が針から離れ、細胞の中に放出されます。

写真の下の方にある透明の丸いものがマウスの卵細胞、左が刺す前、右が針を細胞に差し込んだ状態です。

ナノインジェクター nanoinjector

科学者の皆さん的には遺伝子注入後の生存率が7割になったというところがポイントなのでしょうけれど、普通にコレは造形物としてすごいと思います。大人の科学シリーズとかで100倍スケールの模型とか出して欲しい・・・。

原著論文はここで読めます
A self-reconfiguring metamorphic nanoinjector for injection into mouse zygotes
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/rsi/85/5/10.1063/1.4872077
2015-02-16 : 雑談 : コメント : 0 :

人工衛星を使って研究室で海底探査

海洋底の資源探査は資源を持たない日本にとって最重要研究テーマの一つです。

現在の海洋底探査は「ちきゅう」(下写真)のような海上実験室とも言えるハイテク船にエンジニアと共に科学者も乗り込み、数週間から数ヶ月の探査と研究を続けています。

政府はこういった研究を加速するために、人工衛星で信号を中継して科学者が研究室にいながら探査艇などを操作して海底探査を行うシステム作りに着手しました。2018年の実用化を目指します。

これによって研究者はリアルタイムでセンサーのデータや海底探査機の映像を確認しながら設備のより整った地上の研究室で研究を行うことが出来るようになることが期待されます。

夜空の星々を見上げるのが子供の頃から好きで天文学者になったのに、今では夜空を見上げることなどほとんど無くコンピューターの画面で天体観測をしている・・・という話はよく聞きますが、そのうち「ボク、海洋科学者なんだけど、まだ海を見たこと無いんだ」とかいう時代になるのでしょうか・・・。

地球深部探査船「ちきゅう」
2015-02-14 : 人工衛星 : コメント : 0 :

Chapter-531 青い殺虫光線

東北大学大学院の研究グループが昆虫に青色の可視光線を当てると死ぬことを発見しました。可視光線が生物に悪い影響を与えることについては、青色の波長が短い可視光線がヒトの目に傷害を与えることが明らかになり、ブルーライトカット機能を持つフィルターやメガネ、液晶ディスプレイなどが発売されていることが良い例です。また、目に見えない青い光、紫外線には殺菌作用があることは知られています。

様々な波長のLED光をショウジョウバエのサナギに照射して殺虫効果を調べたところ、青色光を当てたサナギは羽化できずに死亡することがわかりました。青色光の中でも特に440nmと467nmの2つの波長が高い致死効果を示しました。この波長の青い光を照射すると、サナギだけでは無く卵、幼虫、成虫も死亡しました。

蚊のサナギにも同様の実験を行ったところ、ショウジョウバエと同じように青い光でさなぎは死にましたが、効果的な光の波長はショウジョウバエとは違っていて、蚊の場合は417nmの1つだけでした。

そのほか、小麦の害虫などでも同様の実験を行いましたが、やはり青い色には殺虫効果があり、効果的な波長は昆虫の種類ごとに異なっていましたし、死亡するために必要な光の強さも異なっていました。

殺虫のメカニズムは青い光で人間の目が傷つけられるメカニズムと同じだと考えられます。つまり、青い光が昆虫の内部組織に吸収され、活性酸素が生じ、細胞や組織が傷害を受け死亡すると推測されています。

蚊を殺す青い色を画面に表示するスマホアプリとかどうでしょうね?
殺虫アプリ・・・



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2015-02-14 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

Chapter-530 iPS細胞を使わない毛髪再生医療

2013年に資生堂はカナダのベンチャー企業レプリセル社と「毛髪再生医療技術」について技術提携し、失われかけた頭髪を細胞技術で復活させる研究を続けています。

この技術では、脱毛症や薄毛に悩む患者さんの後頭部の頭皮を直径5ミリ程度の円形に切り取った組織から底部毛根鞘(しょう)細胞という細胞をまず採取します。この細胞は毛髪の成長に重要な役割をする毛乳頭細胞の元になると考えられている細胞です。次に、この細胞を培養し、それを患者さんの頭の脱毛部位に注入します。それによって、周辺の損傷した毛包が再活性化し、健康な毛髪の成長が促されます。  

再生医療には材料として他人の細胞を移植する他家細胞移植と自分の細胞を使って自分を治療する自家細胞移植がありますが、今回の方法は自家細胞移植ですので、免疫拒絶などの副作用が少なく、安全性が高いと考えられています。  

事業化は業務提携の5年後の予定でしたので、2018年となります。現在は月10人分程度の再生医療製品を脱毛外来のある大学病院などで試験的に使用しようとしている段階で、本格的な毛髪再生医療開始までにはもう少し時間がかかりそうです。治療費用は数十万円を目指しているそうで、市場は日本国内だけで2000 億円程度はあると見積もられています。

毛髪再生が研究のメインの目的なのかもしれないですけど、逆に遺伝子をノックアウトして手入れ不要のピカピカのスキンヘッドにしたり、天然の金髪にしたりもできそうですね。毛髪の再生は医療用途だけでは研究を前に進める原動力としては弱いので、美容用途への展開も期待されるところです。



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2015-02-14 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

「あかつき」ラストチャンス

金星探査機 あかつき
(クレジット :池下章裕)

今日は太陽に接近しました。

金星探査機「あかつき」は2010年5月にH-IIAロケット7号機で打ち上げられました。

地球によく似た金星の大気を観測することを目的としていましたが、2010年12月のエンジントラブルを原因とした金星上空周回軌道投入失敗以降、金星とほぼ同じ軌道で太陽の周りをまわっていました。金星とあかつきは速度が違うため、5年が経過した今年の12月、あかつきは再び金星に接近します。

そこで、最後のチャンスとして金星軌道への投入に再挑戦することになりました。

そのためにクリアしなければならない問題はたくさんありますが、まず今日、2月11日あかつきは太陽に接近し、設計基準を超える高温にさらされます。これを無事乗り越えられるかどうか、同様に8月にも太陽へ接近することになっています。

機器の故障無く高温を無事乗り越えられれば12月7日に軌道再投入を迎えることになります。
2015-02-11 : 人工衛星 : コメント : 0 :

みちびきで屋外でも自動農業

野菜工場で野菜の生育条件をコントロールしながら、需要にジャストタイミングで過不足なく出荷。しかも農業は完全自動化されて、農夫さんはコンピューターの画面の前に座っているのがお仕事に・・・という、完全自動化野菜工場が最近注目を集めています。

ですが、「いやいや、野菜は太陽の光をあびた天然物でなけりゃいかん」 というニーズも大きいと予想されます。そうは言っても、人件費の増加に伴うコストアップや経験に頼る農業の限界など、解決すべき問題もたくさんあります。そこで期待されるのは実際の屋外農場での完全自動農耕です。

日立造船や総務省などは2010年に打ち上げられて運用が続いている日本版全地球測位システム(GPS)の準天頂衛星「みちびき」を使い、オーストラリアの農地で誤差数センチの精度で無人トラクターの走行実験に成功しました。誤差数センチは農作業に必要な位置決め精度を十分に満たしています。

みちびき

トラクターの走行実験では、オーストラリアの農地で現地時間の夜、みちびきと米国のGPS衛星の信号を組み合わせて高い精度で位置を測り、トラクターを5センチ以内の誤差で制御しました。米国のGPS衛星だけでは1~10メートルの誤差が発生します。今後はトラクターにセンサーを取り付け、イネの生育状況や生育環境の情報を自動で収集し、それを参考にした最適な農耕を自動で行うことを目指しています。

国内では2011年に北海道で既に同様の実験に成功しています。日本国内には地上に国と地理院が設置した電子基準点と呼ばれる測位ポイントが1200カ所程度配置されているので、それを使って測位精度を高めることが出来ます。

みちびきはフェイズドアレイ方式合成開口れーダーなどを搭載した衛星と比べると地味なデザインですが、なかなかデキる子です。
2015-02-01 : 人工衛星 : コメント : 0 :
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おびおがしかし

Author:おびおがしかし
会社員をしながら科学のコンテンツを作ってます。書籍とか、トークライブとか、セミナーとか、ネットラジオとか、Webコンテンツとか。でも、楽しいことしかしません。楽しいことしかできない病、TD! それがおびおなのです。
苦手な食べ物:シーチキン、レバー、昆虫系
Web:ヴォイニッチの科学書
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