上海長征病院が3Dプリンター技術を利用し、世界初の全頚椎置換を実現

上海長征病院は頚椎の7つの骨(下図)を3Dプリンターで作成したチタン合金製の人工骨に置換する手術に成功しました。これは世界初の全頚椎置換手術です。

上海長征病院が3Dプリンター技術を利用し、世界初の全頚椎置換を実現

7つの人工頚椎の作製期間は3週間、材料は人体が拒否反応を引き起こす可能性がなく、強度と硬度が十分あるチタン合金です。 3D プリンターを使って緻密な内部の空洞構造を作ることが出来たため、スポンジ状の人工骨を作ることができました。すき間の多い構造のおかげで、人工骨は周囲の骨となじみ、骨の再生を促し、最終的に人工骨と周囲の骨との融合を実現することが期待されます。

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太陽の核は表面より4倍速く回転

太陽の核が表面に比べて約4倍も速く回転していることが明らかになりました。地球の内部の構造が地震波を調べるとわかるのと同様に、太陽の内部を動く波を研究した日震を研究した結果です。下の図は太陽の内部構造と日振の伝わり方です。

太陽の核は表面より4倍速く回転

仏・コートダジュール天文台の天文学者らは太陽観測衛星「SOHO」による16年分のデータを解析し、太陽内部の震動を明らかにしました。その結果、太陽は極域で35日、赤道域で25日の周期で表面が自転し、核の自転速度は約4倍も速いことがわかりました。 回転速度の異なる層がどのように相互作用するのか、などは今後の研究課題です。


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日本の学術地位低下鮮明に

文部科学省科学技術・学術政策研究所がまとめた国内外の研究動向によって学術の世界における日本の相対的な地位の低下が明らかになりました。
発表した論文がどれほど多く参考文献として引用されるかを指標とした今回の調査では1位は米国、2位が中国、3位が英国で日本は9位でした。10年前の調査より5ランクも落ちています。

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地球上で可能な最大サイズまで巨大化した恐竜

アルゼンチンの博物館が発見した、約1億年前の白亜紀に生息した巨大恐竜「パタゴティタン・マヨラム」が、新種として学術誌に記載されました。この恐竜は体長40メートル近く、重さは70トンもありました。地球上に現れたすべての陸上生物の中で最も体重が重い生物だと考えられます。

下の図は人間の大きさと比較したものです。人間は片足の大きさにも足りません。

地球上で可能な最大サイズまで巨大化した恐竜

この博物館の研究者らは1年がかりで化石を掘り出し、2016年に復元骨格が米ニューヨークのアメリカ自然史博物館で展示されました(下写真)。

地球上で可能な最大サイズまで巨大化した恐竜

パタゴティタン・マヨラムはティタノサウルス類が巨大化したと考えられていますが、それら元の種は体重6トン程度、つまり10分の1ほどの大きさしか無いことから、いつどのようにして巨大化したのかも興味深い点です。 ここ数十年で次々に巨大な恐竜の化石が発見されましたが、最近発見される巨大恐竜は1割程度しか大きさの差が無く、どうやら今回のパタゴティタン・マヨラムが地球上で巨大化できる限界サイズなのではないか、と考える古生物学者もいます。


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ヴォイニッチの科学書 第669回 ショウジョウバエは脳で紫外線を感じる

耳だけで楽しめる最新科学情報ポッドキャスト番組「ヴォイニッチの科学書」第669回、9月2日更新は「ショウジョウバエは脳で紫外光を感じる」です。

有料版→ https://www.febe.jp/podcast/voynich
無料版→ http://www.c-radio.net/20170909/voynich_backnum.html

眼から入った光は眼の中の特殊な細胞で神経の信号に変換されて脳に伝えられますが、眼だけではなく脳にも同様の機能もつ細胞があることを京都大学が明らかにしました。光を感じるオプシンという光センサータンパク質には人間の場合4種類のオプシンがあります。

・暗がりで明暗を認識するオプシン
・明るい所で色識別を行う3種類のオプシン

下の図はオプシンの模式図で、7本のコイル状の構造が特徴です。

ショウジョウバエは脳で紫外光を感じる

このオプシンが最近の様々な動物の研究から、脳などでも機能していることが分かってきました。これらの眼以外で働いているオプシンは、視覚とは異なる光認識に関する機能、例えば周りの光環境の変化から時刻や季節を知ることに関わると考えられます。  

生物の実験に良く使用されるショウジョウバエでは人間よりも多い6種類のオプシンを眼に持つことが分かっています。さらにショウジョウバエは「第7のオプシン(Rh7)」と呼ばれるセンサータンパク質を持つことが知られていましたが、Rh7は眼では働いておらず、どこで何をしているのかわかっていませんでした。

そこで、京都大学の研究者らがRh7の性質を調べたところ、紫外線を中心に可視光の青色の光まで幅広い範囲の光波長に反応することが確認できました。このような広範囲の光波長をカバーできるオプシンはこれまでに知られていません。 さらにRh7は脳内で時刻の認識のために働いていることが明らかにされました。つまり、ショウジョウバエは、脳で光を認識することにより、時刻、あるいは季節を感じ取っている可能性があります。


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食べ物はすべてこんにゃくで良くなる???

慶応義塾大学の研究者らが前歯の裏に装着すると塩味を感じることができるチップを開発しました。大きさは約1センチメートル角、厚さ約1ミリメートルで、ここに食塩3~4粒程度が接触すると舌を刺激し、十分な塩味を味わった感覚にさせる仕組みです。この効果は約6分間持続し、そのあとは自然に溶けてなくなります。このチップを装着した状態であれば料理の塩分を10分の1以下に減らすことができます。

「ソルトチップ」という製品名で実用化し、減塩食を続ける高血圧や糖尿病患者の背一括の質向上に役立つものと思われます。 将来的には複雑な味も表現できるようになって、「とんかつチップ」とか「吉野家の牛丼チップ」とか「サーバルちゃんの汗チップ」とか登場するのでしょうか。そうすればこんにゃくでもとんかつ気分が味わえるのでしょうか・・・。


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熱電発電体は磁性体で作ると構造が簡単で材料も安価

自動車のエネルギー源が電気になり、産業機械が油圧から電動に変わる時代が来ると電気は今よりももっともっとたくさん必要になります。ですが、発電所はそう簡単にポイポイ建設することは出来ませんので、今電気で動いているもののさらなる省エネ化技術の開発は必須です。いくつかの新技術が注目されていますが、熱として捨てられているエネルギーを電気に変換して回収・再利用する技術は環境中に放出される熱をヘラス観点からも注目されています。

これを熱電発電といい、すでにいろいろな材料が実用化されていますが、東京大学が現在の熱電発電材料よりももっと安価でもっと使いやすい材料を発明したようです。

金属や半導体の両端で温度差を作り出すと熱の流れによって電気が発生します。この性質を利用した発電方法を「熱電発電」といいます。また、この現象はゼーベック効果と呼ばれています。

熱電発電装置はローターのような可動部分がないので故障しにくく、発電力は太陽光のように装置の規模に比例するのではなく温度差に比例するのでいろいろメリットがあります。ですが、現在利用されている半導体素子を使った熱電素子は構造が複雑で高価な点がデメリットです。
熱電発電体は磁性体で作ると構造が簡単で材料も安価

東京大学の研究グループは、世界で初めて磁性体の熱電変換材料を発見しました。磁性体の場合は実用的で使い勝手の良いネルンスト効果と呼ばれる性質を利用しています。しかも、マンガン合金のような安価な金属でこの効果が現れることが確認され、これは新たに発見された物理現象です。シート状にも加工可能であると思われますので、凹凸のある熱源の接触面に柔軟に対応でき、熱エネルギーをより効率的に取り込めることが期待されます。
熱電発電体は磁性体で作ると構造が簡単で材料も安価


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ヴォイニッチの科学書 第670回 40周年を迎える探査機「ボイジャー」

最新科学情報ポッドキャスト番組「ヴォイニッチの科学書」2017年9月9日、第670回。最初の話題は「ヴォイジャー40周年」です。
https://www.febe.jp/podcast/voynich

40周年を迎える探査機「ボイジャー」

「ボイジャー1号」と「ボイジャー2号」は、1977年に打ち上げられ今年の8月、9月に相次いで打ち上げ後40年を迎えました。2機のボイジャーはいずれも健在で、今も宇宙を探査し、データを地球に送り続けています。

ボイジャー1号は木星と土星に接近して観測を行った後に2012年に太陽系を飛び出し、恒星間空間へ入った人類史上初の探査機となりました。現在は9月の日本から見ると、たとえば会社帰りの夜8時頃であれば頭のてっぺんから少しだけ南の方に下がった方向、210億キロメートル離れた場所にいます。 そして、ボイジャー2号は、木星、土星、天王星、海王星に接近して探査を行った後に、日本からは見えない太陽系の南方向へ飛行しています。こちらもまもなく太陽系を飛び出し、数年のうちに恒星間空間に入ると考えられています。

地球以外の天体にも生命が存在することは確実と考えられていますが、木星の衛星「エウロパ」の表面下に生命の源になり得る海があるらしいことを発見したのはボイジャー2号でした。 ボイジャー1号、2号の観測によって宇宙空間は静かな無の世界ではなく、エネルギー粒子が激しく飛び交う過酷な環境であることも確認されました。 搭載された複数の観測装置の中のいくつかはあと10年程度は動かせるのではないかと推定されています。




2017-09-09 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

細菌は電気も発酵で作っていた

物質・材料研究機構と東京大学の研究チームは、微生物燃料電池に応用されている細菌「発電菌」が発酵を行っていることを明らかにしました。発酵はお酒やチーズ、ヨーグルト、ミソ、くさやなどの発酵食品からバイオプラスチックまで多様な物質生産に関わっている微生物によるもの作りのことです。

細菌は一般的に、呼吸と発酵の二種類の化学反応で生きていますが、発酵反応では電子が細胞の外へ出て行かないため、発電は呼吸によって行われていると考えられていました。

今回、研究チームは、シェワネラ菌という発電菌を用いて、発電時にどのような反応が起きているのかを調べました。シュワネラ菌の呼吸で働く酵素と発酵で働く酵素をそれぞれ欠損させ、発電効率を調べたところ、呼吸が欠損しても電流には変化が生じなかった一方で、発酵が欠損すると電流が大きく減少しました。

発電菌
細菌は電気も発酵で作っていた

つまり、細菌においては電気も発酵生産されているということになります。もともと、発電と発酵は同時にはできないものと思われていましたので、発電菌で発酵を起こすことができれば、発電しながら同時に多様な物質を生産できる技術を開発できます。


2017-07-28 : ヴォイニッチの科学書 : コメント : 0 :

今週の人工衛星「ソクラテス」

近年は超小型衛星の進歩が著しく、機能ごとに見れば大形衛星と遜色ない性能を持つ超小型衛生も増えてきました。最近ではインドやロシアなどは70個から100個以上の小型衛星を一気に打ち上げてコスト削減を行い、衛星ビジネスでの競争力を高めています。

人工衛星の数が増えると多くの通信も必要になります。現在、衛星通信の主流である電波は使用できる周波数帯が足りなくなっており、通信の大容量化には限界があります。 これに対して、レーザを用いる衛星光通信は周波数帯も広大で電力効率も高いことから今後の衛星通信技術として期待されています。また、更なる長距離・高秘匿化を実現できる衛星量子通信の研究開発も世界各国で活発に行われています。

中国科学技術大学は2016年8月に打ち上げた大型量子科学技術衛星を使って2017年6月に1,200km離れた2つの地上局に向けて衛星から量子もつれ配信を行う実験に成功しました。  

日本の情報通信研究機構(NICT)は、超小型衛星(SOCRATES)に搭載された衛星搭載用小型光通信機器から、0と1のビット情報に符号化した信号を毎秒10Mbpsで地上局へ送信する実験を行いました。東京都小金井市にある口径1mの望遠鏡で信号を受光し、量子受信機で情報を復号しました。重量50kgの超小型衛星による量子通信としては世界で初めてです。

今週の人口衛星「ソクラテス」

今回開発した衛星量子通信技術は、これまで多額の予算と大型衛星が必要だった衛星量子通信を、より低コストの軽量・小型衛星で実現することを可能にし、超長距離通信に必要な電力量を著しく少なくすることができますので、探査衛星との深宇宙光通信の高速化も可能になります。


2017-07-27 : ヴォイニッチの科学書 : 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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