平成23年度報告書 - 島根大学研究機構戦略的研究推進センター

提出日
島根大学プロジェクト研究推進
平成 24 年 2 月 16 日
機構
平成23年度
『重点研究部門』
① プロジェクト
S-グリーン・ライフナノ材料プロジェクト
名
② プロジェクトリー 藤田 恭久
所属
総合理工学部
ダー
電子メール fujita@ecs.shimane-u.ac.jp
③ プロジェクトの概要(プロジェクトの最終年度における到達目標を簡潔に記入してください。)
年度報告書
①
本プロジェクトは,旧重点プロジェクト「S-ナノテク」,「S-匠ナノメディシン」の取り組みを継承
し,更なる発展を目指すプロジェクトである。医・理工・農の連携により遂行され,島根大学発の材料や
技術を用いて,低炭素化社会や健康長寿社会の実現に向けたイノベーションの創出を目指す。プロジェク
トは,グリーンイノベーション,ライフイノベーション,基盤技術の3つのグループから構成される。
グリーンでは,1)安価な酸化亜鉛ナノ粒子を用いた低コスト第 3 世代太陽電池の開発を目指す。酸化
亜鉛のバンドギャップ制御や光エネルギー変換技術の研究を行う。2)チタン酸化物系強誘電体と熱電技
術で,太陽電池の自律化システムを創製する。特に,スーパーキャパシタの欠点を解決し,高価な蓄電池
不要の高性能電力貯蔵用デバイスの開発を目指す。ライフでは,1)酸化亜鉛などのナノ粒子の蛍光・造
影・温熱効果を用いたがんなどの非侵襲的早期診断・治療技術を開発する。2)ナタデココや酸化亜鉛ナ
ノ粒子をバッファに用いたマイクロ流路電気泳動による診断や抗菌剤含有ナタデココによる治療技術など
を開発する。基盤技術では,特別経費で導入された結晶評価システムを用いて,新たな物性評価技術の開
発に努める。また,評価技術の開発整備により,地域の産業との協力関係や周辺産業の底上げに寄与す
る。ナノ材料の安全性評価のための技術開発も行う。
こうした医・理工・農の連携による研究体制を維持し,その成果を教育に繋ぐ学内拠点として,ナノテク
教育研究センターを立ち上げる。
④ プロジェクトのメンバー及び役割
氏名
所属(職)
本年度の役割分担
(プロジェクトリーダー)
藤田 恭久
廣光 一郎
半田 真
笹井 亮
葉 文昌
山田 容士
田中 仙君
池上 崇久
古林 寛
秋重 幸邦
北川 裕之
塚田 真也
戴 中華
総合理工・電子制御システム・教授
礒部 威
松本 暁洋
福田 誠司
内田 伸恵
長井 篤
増田 浩次
平川 正人
原田 守
竹永 啓三
藤井 政俊
吉清 恵介
竹下 治男
関根 浄治
藤原 純子
大庭 卓也
森戸 茂一
林 泰輔
吉田 俊幸
医学部・内科がん化学療法・教授
Kasilingam Senthilkumar
プロジェクト研究推進機構・研究員
秋吉 英雄
山本
達之
頓宮
美樹
西村 浩二
生物資源・生物科学科・准教授
総合理工学部・物質科学科・教授
総合理工学部・物質科学科・教授
総合理工・物質科学科・准教授
総合理工・電子制御・准教授
総合理工・物質科学科・教授
総合理工・物質科学科・助教
総合理工・物質科学科・准教授
プロジェクト研究推進機構・研究員
教育学部・自然環境教育講座・教授
総合理工・物質科学科・准教授
教育学部・自然環境教育・助教
プロジェクト研究推進機構・研究員
医学部・発生生物学・助教
医学部・小児科・准教授
医学部・放射線腫瘍学・教授
医学部・臨床検査医学・准教授
総合理工学部・電子制御・教授
総合理工・数理情報・教授
医学部・免疫学講座・教授
医学部・生命科学講座・准教授
医学部・分子科学・准教授
生物資源・生命工学科・助教
医学部・法医学講座・教授
医学部・歯科口腔外科学・教授
医学部・法医学講座・講師
総合理工・物質科学科・教授
総合理工・物質科学科・准教授
総合科学研究支援・教務職員
総合理工・電子制御・助教
生物資源・生命工学科・教授
総合科学支援・実験動物・助教
総合科学支援・遺伝子機能・助教
プロジェクト総括,薄膜・ナノ粒子
A1Gr.サブリーダー,太陽電池
近赤外吸収体の開発
層状物質の応用
太陽電池デバイスの作製と評価
酸化亜鉛薄膜の作製と評価
有機ハイブリッド構造太陽電池
近赤外吸収体の開発
酸化亜鉛薄膜の物性改質
A グループリーダー,強誘電体
熱電材料の開発
強誘電体材料と蓄電デバイス
強誘電体材料の作製
B1Gr.サブリーダー,がん診断
がん等の可視化技術
がん分子標的薬剤の開発
がん診断・治療技術の開発
アルツハイマー病診断技術
光ファイバセンシング技術
診断画像処理技術の開発
がんの免疫療法の開発
がん分子標的薬剤の開発
ナノ粒子の表面修飾技術
ナノ粒子の表面修飾技術
B グループリーダー
ナタデココの歯科口腔外科応用
DNA 診断
C グループリーダー,結晶評価
金属材料の結晶学的評価
ナノ材料の結晶学的評価
薄膜の電気・光学的評価
ナノ材料の結晶・光学的評価
C2 Gr.サブリーダー,安全評価
医用分光学的評価
安全性評価(動物実験)
植物内トレース・食品安全評価
⑤(1)本年度の研究計画目標の達成状況及び自己評価
(本年度当初の計画書に書かれた内容に沿って,計画と達成目標を箇条書きにしてください。また,その達成目標の項目ごとにその達成
状況を記入し,以下の基準に従って自己評価して下さい。A:目標以上に成果をあげた B:ほぼ目標通りの達成度で予定した成果をあげて
いる C:計画より遅れ気味であるが年度末には目標達成が可能である D:年度末までに目標達成は不可能である。自己評価が B 以外の
場合には,その原因についても記載して下さい。2~3月に行う計画のため未執行の場合には評価を空欄にして下さい。)
計画と達成目標
達成状況と自己評価
A-1. 次々世代低コスト太陽電池の開発
(自己評価 A)







酸化亜鉛ナノ粒子を用いた塗布型太陽電池構造を作
製する。
低抵抗で耐久性の高い太陽電池用透明導電膜を作
製するためのスパッタリングの特性改善のための条
件を明らかにする。
酸化亜鉛ナノ粒子を用いた無機-有機複合太陽電池
を作製し,その整流性と光起電力特性を調べる。
太陽光の可視,近赤外成分を有効に利用した発電を
実現するために,酸化亜鉛の狭バンドギャップ化,表
面プラズモン共鳴や近赤外領域に分光感度を持つ新
しい金属錯体など可能性を調べる。
層状無機/有機複合材料の光電変換特性を調べ,こ
の材料の太陽電池への応用可能性を明らかにする。
シリコン-ゲルマニウム系太陽電池の可能性を調べ
る。
MOCVD による p 型酸化亜鉛薄膜の形成に成功した。(特許出願
準備中のため非公開)(A)
 酸化亜鉛透明導電膜の化学的耐久性を向上させるため,その表
面に酸化チタン薄膜を積層させたところ,酸化亜鉛単層膜よりも低
抵抗化することを発見した。(特許出願のため一部非公開)(A)
 化学的に合成した n 型酸化亜鉛ナノ粒子と p 型有機半導体である
フタロシアニンを複合させた太陽電池について,短絡の問題を解決
し,その整流性と光起電力特性を調べた。(B)
 アルミニウムとインジウムの微粒子を利用した太陽電池を
作製して表面プラズモン共鳴を利用した太陽電池の可能性
を調べた。近赤外域に強い光吸収帯を持つ可溶性フタロシ
アニン2核錯体の合成法を確立し,さらに,大量生産のため
に合成法の改良を行った。(特許出願のため一部非公開)(B)
 層状半導体であるコバルト酸リチウムナノシートとポルフィリンの複
合化に成功すると共に,ナノシートとポルフィリン間の光誘起電子
移動を示唆する現象を観測し,太陽電池への応用可能性があるこ
とを明らかにした。(B)
 シリコン基板上にゲルマニウムをヘテロエピタキシャル成長させる
ための装置を立ち上げ,試料を作製した。これにより太陽光スペク
トルの 90% を有効利用することを可能にした。(B)
A-2. 高性能電力貯蔵用デバイスの開発
(自己評価 A)
 Li 電池の代替や併用のための一つの方法として,大
容量キャパシタの利用がある。電解液を利用した電気
2 重層キャパシタ(スーパーキャパシタ)は,電気自動
車や家庭用発電のための蓄電装置として,利用され
始めている。しかし,この方法は電解液を利用してお
り,高電圧では水の電気分解が起こるため,低い電圧
での利用に限られている。新しい巨大誘電率材料の
開発にあたって,本学独自の固体強誘電性物質を用
い,それらに電子を注入し,バリヤー・レイヤー構造を
作り出すことで,温度安定性が良く,誘電率が 105~
106 の巨大キャパシタ材料を開発する。
 その巨大誘電率をもつ材料を用い,実験室系で作製
可能な 10cm 角の多層平板キャパシタを簡易ゾルゲ
ル法で作製し大面積化のための基礎データを得る。
 本学独自の材料作製技術を用いて,熱電材料の開発
を行う。得られた材料を用いた熱電モジュール作製の
試作・性能評価を行う。
 Ni 添加 KTaO3 単結晶と銀電極を用いた固体キャパシタを作製し,
見かけの誘電率が約 200,000 で,広い温度域,広い周波数域で安
定なバリヤー・レイヤー構造の巨大キャパシタ材料を開発した。従
来報告されている材料と比べても優れた特性を持っている。C-1 グ
ループと協力して論文にまとめた。論文は,Applied Physics Letter
誌に掲載された。また,マルチフェッロイック物質である BiFeO3 に
関しては,BaTiO3 との混晶の室温でのメカノケミカル合成に成功し
た。(A)
 ゾルゲル法で大面積のキャパシタを作製するため,チタン酸バリウ
ムをベースにスラリーの作製など試みている。基礎的データが出始
めているところである。(B)
 スライドボート法によるビスマス-テルル系材料作製プロセスの検
討を行った。p 型,n 型材ともに,キャリア濃度制御による高性能化
を達成した。さらに,材料を用いたモジュール作製のための検討を
行い,一部着手した。(B)
B-1.ナノ粒子の医療・食品応用
(自己評価 B)







ナノ粒子を生体適合分子で修飾し,その物理・化学的
特性を評価する。
抗体などの生体分子による上記ナノ粒子の修飾を行
う。
生体適合分子で修飾したナノ粒子を細胞あるいは動
物生体に適用し,蛍光・X線CTおよび MRI を用いたが
ん細胞あるいはβ アミロイドなどの検出の可能性を評
価する。
正常造血幹細胞と白血病細胞の細胞遊走と浸潤能
の違いを明らかにし,その責任分子を同定する。
高転移性大腸がん細胞の高転移能と腫瘍血管新生
に関わる分子を同定し,その機能解析を行う。
乳がん細胞の細胞質内アジュバント受容体を介する
細胞死と増殖抑制の制御機構解析を行う。





アミノ基修飾型シリカコート酸化亜鉛ナノ粒子を開発し,酸化亜鉛
系ナノ粒子と抗体との架橋反応を可能にした。(B)
上記抗体の抗原抗体反応が阻害されないことを確認した。(B)
免疫組織化学と金コロイドナノ粒子による抗体標識を組み合わ
せ,マイクロ CT を用いて標的タンパクの局在を 3 次元的に明らか
にする手法を確立した。β アミロイドが島根大学で開発した近赤外
蛍光体である水溶性フタロシアニンと結合することを確認した。(B)
白血病の原因遺伝子 ITD-Flt3 によって生ずる細胞遊走の亢進に
伴って転写因子 Runx1 が上昇することを明らかにし,Runx1 が骨
髄性白血病細胞の浸潤に関わる可能性を示した。(B)
大腸がんの腫瘍血管新生に関わる分子を同定できた。この分子
の機能解析や,特異的に認識するモノクローナル抗体の作製が進
行中である。(B)
ヒト乳がん細胞の細胞質内アジュバント受容体である MDA5 を標
的として,そのリガンドである poly(I:C)を細胞質内に導入すると,す
べての乳癌細胞に細胞死を誘導できた。この時,細胞死に対して
拮抗的に働くオートファジーが生じていることを観察したが,オート
ファジーを抑制することによりヒト乳癌細胞の細胞死がさらに増強
できることを明らかにした。(B)
B-2. ナタデココの臨床医療応用
(自己評価 B)

 酸化亜鉛ナノ粒子や酸化チタンナノ粒子が電気泳動に用いるエチ
ジウムブロマイドやサイバーゴールドの発光強度を増強することを
見出し,疾患関連酵素(DNase I 等)の高感度迅速簡便定量を可能
にできるものとした。(特許出願準備中のため非公開)(B)
 これまでに検討してきた作製法を統合し,吸水膨張性に優れるナタ
デココペーパーポイントを製造し, 材料学的評価およびラットを用
いての生体安全性の評価を行い,良好な評価を得た。(B)

蛍光色素,ナタデココおよび酸化亜鉛の複合超高感度
DNA診断技術を評価し,心筋梗塞等急性期疾患のマ
ーカーとなりうるDNA分解酵素を用いての該疾患の
超早期迅速判定システムの応用に供する。
ナタデココペーパーポイントの材料学的・生物学的評
価を行い,作製法を確立する。
C-1. 材料の結晶学的評価
(自己評価 B)

 ナノサイズの構造を持つ金属組織の構造評価を行っている。実用
材に現れる微細析出物の材料強度へ寄与に関して評価を行った。
さらに走査電子顕微鏡を用いた新しい構造評価技術の開発も行っ
ている。(B)
 A グループの酸化亜鉛に含まれる不純物等の構造解析を行っい,
新しい機能の可能性を示した。(A)
 酸化亜鉛系薄膜中のアクセプタの活性化率を上げることに成功し
たが,再現性の問題から評価は進行中。(C)
 C-V 測定により電子捕獲中心の挙動を調べた。(B)



ナノサイズの結晶組織をもつ金属材料の結晶学的評
価を行い,ナノ構造が果たす材料科学へ寄与を明ら
かにする。
ナノ材料の結晶学的評価を行い,A,B グループへフィ
ードバックする。
酸化亜鉛系薄膜のイオン化不純物の活性化エネル
ギーを低温ホール効果測定で調べる。
酸化亜鉛のp型化や電気特性の改善に役立つ電子
の捕獲中心の挙動を調べる。
C-2. ナノ物質の安全性評価

(自己評価) A
 酸化亜鉛ナノ粒子のマウス静脈内投与実験を,単回および反復投
与して,心臓,肺,肝臓,脾臓,腎臓,脳などの臓器ごとに影響評
価した。いずれもうっ血などの影響が認められた。これらの結果を

基に,ナノ粒子の安全性を確認するために必要な実験課題を検討
した。酸化亜鉛ナノ粒子の生細胞への影響評価を目的として,ヒト
皮膚繊維芽細胞の培地に,種々の濃度のナノ粒子を添加する実験

を行なった。その結果,安全な使用濃度が明らかになった。(特許
出願検討中のため一部非公開) (A)
 酸化亜鉛ナノ粒子の安全評価に必要な,レーザーラマン顕微鏡を
本学の共同機器として導入(2 月以降に予定)し,本重点プロジェク
トに活用するための体制整備を行った。(A)
 地域食品産業との連携を開始し,酸化亜鉛ナノ粒子を用いるイメー
ジング技術課題として食肉の評価や植物組織のイメージングを蛍
光顕微鏡や共焦点顕微鏡と組み合わせ技術開発を開始した。(B)
(2)プロジェクト全体の自己評価(プロジェクト全体としての達成目標から,今年度の研究成果がこれまでの経過・成果にもと
づいてどの段階にあるのかを明示して下さい。また,各グループ間での連携状況についても記入してください。)
酸化亜鉛ナノ粒子および新規チタン酸バリウム等の
動物実験とそのフィードバックを通し,医療・食品応用
を目指したナノ物質の安全性評価指針を得る。
ナノ粒子の生きた細胞への影響を明らかにする先導
的技術開発として,レーザーラマンイメージング技術
を核とした安全評価方法を検討する。
食品および食肉分野における社会的課題(食品衛生・
脂質蓄積等)を地域産業界との連携強化によって明ら
かにし,課題を克服する技術開発のプランの作成を
行う。
●プロジェクト全体評価(自己評価) プロジェクト全体としての達成目標に対する今年度の研究成果の達成状況について
(自己評価 A)
本プロジェクトでは島根大学が開発した独自のナノ材料技術をもとに超安価な次々世代塗布型太陽電池,高性能
電力貯蔵用デバイス,ナノ材料による早期診断・治療技術,食品応用技術などのグリーン・ライフイノベーシと材料・評
価の基盤技術を開発し,それらを継続的に発展させる産学官連携,大学院医理工農連携プログラム,国際交流に関
する学内拠点形成を目指している。
H23 年度は研究面では次々世代太陽電池の要素技術,高誘電率固体キャパシタ構造の開発,ナノ材料の表面修飾
と臨床・食品応用性の評価,及びナノ材料の物性・安全性の総合的評価システムの形成を目指し,ほぼ目標通りに進
行できた。目標に付け加えて世界的にも意義のある MOCVD による p 型酸化亜鉛薄膜の形成,酸化亜鉛/酸化チタン
積層膜における低抵抗化の発見,各グループでの特許出願など島根大学の特徴となる要素技術を着実に固めること
ができた。
その他として,地域の産学官連携や医理工農連携プログラムの発展への貢献,ナノメディシン国際シンポジウム,
医用分光学研究会の初めての地方開催の誘致の成功,国際交流など人材育成も含めてプロジェクトの役割を果たせ
た。
●各グループ間の連携状況
A,B グループで開発した材料について,Cグループにおいて構造や安全評価を行うなど活発な連携を行い,共同での論文発
表や特許出願,予算申請などに発展した。また,ナノ材料の生成・評価のための共同実験室の各グループでの利用や,医
用ラマン研究会,公開研究会などにグループの垣根をなく参加し連携を深めた。
⑥ 公表論文,学会発表など (当該研究に関連した本年度の公表論文,学会発表,特許申請の件数を一覧表に記入して下さ
い。発明等に関しては,差し支えない範囲で記載して下さい。)
論文掲載 (総件数)
56
学会発表 (総件数)
130
特許出願 (総件数)
9+(登録 4)
【内訳】
●論文(別途添付して頂く個人調書の中から年度末までに発行される学術雑誌等(紀要も含む)に掲載が確定しているものも含め,
代表的なものを10件程度選んで記入してください。)
1. B. Urban,P. B. Neogi, S. J. Butler, Y. Fujita, and A. Neogi, “Second harmonic imaging of plants tissues and cell
implosion using two-photon process in ZnO nanoparticles”, Journal of Biophotonics, in press.
2. S. Tsukada, T. Hayashi, T. Ohba, Y. Akishige, "Dielectric effect induced by the barrier layers in Ni-doped KTaO3 ",
Appl. Phys. Lett., 99, (2011), 082902; doi:10.1063/1.3629771.
3. I. Hiromitsu, A. Kawami, S. Tanaka, S. Morito, R. Sasai, T. Ikeue, Y. Fujita, M. Handa: "Luminescence of
tetraphenylporphyrin by an energy transfer from photoexcited ZnO nanoparticle", Chemical Physics Letters, 501,
(2011), 385-389.
4. S. Morito, K. Oh-ishi, K. Hono, T. Ohba, "Carbon Enrichment in Retained Austenite Films in Low Carbon Lath
Martensite Steel", ISIJ Int., 51, (2011) 1200-1202.
5. Inao T, Harashima N, Monma H, Okano S, Itakura M, Tanaka T, Tajima J, Harada M. Antitumor effects of
cytoplasmic delivery of an innate adjuvant receptor ligand, poly(I:C), on human breast cancer. Breast Cancer
Research and Treatment, in press.
6. Rafiq AM, Udagawa J, Lundth T, Jahan E, Matsumoto A, Sekine J, Otani H. Mathematical analysis of
mandibular morphogenesis by micro-CT-based mouse and alizarin red S-stained-based human studies during
development.
7. Moriyama M, Kawaguchi A, Yokokawa M, Ikeda S, Kitagaki H, Uchida N: Design of Hemispherical Radio
Frequency (RF) Capacitive-type Electrode Free of Edge Effects for Treatment of Intracavitary Tumors. Acta
Medica Okayama (in press), 2011.
8. Fujihara J, Tabuchi M, Inoue T, Yasuda T, Fujita Y, Takeshita H.Rapid measurement of deoxyribonuclease I
activity with the use of microchip electrophoresis based on DNA degradation. Anal Biochem. 2011;413:78-9.
9. Sheikh AM, Nagai A. Lysophosphatidylcholine modulates fibril formation of amyloid beta peptide. The FEBS
journal 2011;278:634-642.
10. Fukuda S, Onishi C, Pelus LM, Trafficking of Acute Leukemia Cells: Chemokine Receptor Pathways that
Modulate Leukemia Cell Dissemination (Acute Leukemia) InTech - Open Access Publisher (in press).
●学会発表(代表的なものを数件記入して下さい)
1. Y. Furubayashi, Y. Hiragino, Y. Deguchi, N. Nishimoto, and Y. Fujita, “Controllability of Mg substitution for
ZnMgO films by using MOCVD under moderate conditions”, 15th International Conference on II-VI compounds,
2011-08-25, Mayan Riviera, Mexico.
2. 磯部威 BIT's 4th World Cancer Congress-Inaugurate: Symposium Series: Lung Cancer-2011.
3. George Sekine: Surgical Management of osseointegrated implant. C omprehnsive lecture and clinical
workshop, Faculty of Odontology University of São Paulo, Brazil 2011.
4. “The effect of Zinc Oxide nanoparticles on human skin fibroblast cells”, T. Yamamoto, K. Uejima, H. Akiyoshi, H.
Hashimoto and Y. Fujita, 5th International Symposium on Nanomedicine, 2012 年 3 月 15 日,名古屋(予定)
●特許出願
1. 北川裕之 他 3 名,「熱電変換材料製造装置及び熱電変換材料製造方法」,特許出願 2011-103693.
2. 津森登志子,内田伸恵,特許出願 2011-119862 出願日 2011 年 5 月 30 日
3. 山田容士,一柳成治,久保衆伍,北川裕之,舩木修平,「透明導電膜作成方法および透明導電膜素材」,特許出願
2011-166506.
4. 北川裕之,山田容士,出願準備中(大学承継済み,H24 年 2 月に出願予定)
5. 田中仙君,廣光一郎,出願準備中(大学承継済み,H24 年 2 月に出願予定)
6. 藤田恭久,竹下治男,藤原純子,福井裕,田渕眞理,出願準備中(大学承継済み,H24 年 2 月に出願予定)
その他 3 件出願準備中(大学承継済み,H24 年 2 月に出願予定)
●特許登録(プロジェクトに関係するもの)
1. 藤田恭久,田渕眞理,「電気泳動用バッファ及び電気泳動法」,特願 2007-77325, 特許第 4839449 号(H23 年 10 月
14 日)
2. 藤田恭久,中村守彦,「蛍光標識剤および蛍光標識方法」,特願 2008-547040,特許第 4873576 号(H23 年 12 月 2
日),
3. Y. Fujita,M. Nakamura,2007JP073114,FLUORESCENT LABELING AGENT AND FLUORESCENT LABELING METHOD,欧州特許査定
4. 福島英子,栗田ふみ,藤田恭久,「セラミックス膜,発光素子及びセラミックス膜の製造方法」,特願 2007-129294,
特許査定(H24 年 1 月 12 日)
⑦外部資金獲得状況(当該プロジェクトに関連した外部資金について一覧の各項目に総件数,金額を記入
して下さい。)
■外部資金獲得状況一覧
件数
金額(千円)
21
22,538
受託研究
7
111,613
共同研究
7
5,321
寄附金・助成金
9
5,740
合計
44
145,212
(1)科研費
(配分額は間接経費を含む)
(2)科研費以外の外部資金
【一覧内訳】
(1)科研費(科目ごとに,テーマ,研究者,金額をそれぞれ列挙してください。)
1. 新学術領域研究「がん微小環境における IL-33/ST2L 発現と悪性度進展への影響の解析」(研究者:竹永啓三) 3,000 千円
2. 科学研究費若手研究(B)「バクテリアルセルロースを用いた新規根管治療材「ナタデココポイント」の開発」(吉野 綾)
3,000 千円
3. 基盤(C)「高分子フタロシアニンを用いた袋小路のないホール輸送路を持つ有機薄膜太陽電池の開発」(研究代表者:廣光
一郎,研究分担者:半田 真,連携研究者:田中仙君)910 千円
4. 若手研究(B)「強誘電体におけるポーラーナノリージョンの成長過程」(研究者:塚田真也)3600 千円
5. 研究活動スタート支援 「X線回折と電子顕微鏡によるマルチスケール解析を用いた高強度構造材料の変形機構解明」
(研究者:林泰輔) 1,508 千円.
(2)その他外部資金(一覧の項目別に,テーマ,研究者,金額を列挙してください。)
1. 受託研究 「環境にやさしい材料を用いた次世代照明デバイス・新エネルギー関連技術による新産業の創出」(しまね
産業振興財団地域イノベーション戦略支援プログラム(都市エリア型))(藤田恭久,山田容士,広光一郎,半田真,北
川裕之,田中仙君,池上崇久,竹下治男,秋吉英雄,藤原純子 他)56,000 千円
2. 受託研究 「シリコン/ゲルマニュウム新型積層構造太陽電池の開発」(科学技術振興機構 先端的低炭素化技術開発
(JST-ALCA))(葉文昌)37,686 千円
3. 増田浩次,神宮寺要,「革新的光通信インフラの研究開発」,受託研究,情報通信研究機構(NICT)(総務省所管の
独立行政法人),23 年度 15,250 千円
⑧ その他特筆すべき成果(受賞,シンポジウムの開催,産学連携・地域連携に関する各種見本市,展示会への出展等も含む)
1.シンポジウム開催
●6th International Symposium on Nanomedicine
日本ナノメディシン交流協会主催のナノメディシン国際シンポジウム
(2013 年 3 月)の島根開催が決定した。これは東京大学や京都大学に先
んじたもので,本学のナノメディシン分野でのアクティビティの高さが評
価されたことを示している。
●第 9 回医用分光学研究会(平成 23 年 11 月 11 日~13 日)
島根大学が初めての地方開催地に選ばれ,本プロジェクトのメンバーが
中心に開催した。
●S-グリーン・ライフナノ材料プロジェクト研究講演会(平成 23 年 12 月
17 日)
第 9 回医用分光学研究会
A1 グループ:次々世代低コスト太陽電池の開発「スマート光-エネル
ギー変換システム構築に向けた最新の取組」を開催。(2011 年 12 月 17
日,島根大学総合理工学部 1 号館 11 番講義室)学内の関連教員ならびに学
生のべ 30 名超に参加し,人類の夢の光-エネルギー変換技術の一つである
「人工光合成系構築」に向けた取り組みに対して活発な議論が展開された。
●「中国・四国・北九州地区誘電体セミナー
島根大学で開催した。プロジェクト関係者など多数の参加があった。
●島根大学医生物ラマン研究会第 3 回講演会(平成 23 年 6 月 16 日)
本学の松江キャンパスで開催した。東京大学大学院理学系研究科の安藤正浩
氏を招いて「近赤外励起ラマン分光法の医用応用」の題目で講演会が行われ,80
名以上の参加者を集めた。
S-グリーン・ライフナノ材料プロジェク
ト研究講演会
2.受賞
●福田誠司,7th Asian Society of Pediatric Research Congress, ASPR Best Research Award (ITDFlt3 Regulates CXCR4 Signaling Pathways Functionally Distinct From Normal Hematopoietic Cells)
●吉野綾,4th International Symposium on Nanomedicine ベストポスター賞受賞
●第 9 回医用分光学研究会のポスター賞
●日本鉄鋼協会・日本金属学会中国四国支部優秀発表賞,日本鉄鋼協会・日本金属学会中国四国支
部,2011 年.
3.展示会出展
● イノベーション・ジャパン 2011-大学見本市(平成 23 年 9 月 21 日~22 日)東京国際フォーラム
● BioOpto Japan 2011(平成 23 年 9 月 28 日~30 日)パシフィコ横浜
●出雲産業フェア 2010 年 11 月,出雲ドーム.
● 中国地域太陽電池フォーラム「産学官ビジネスマッチング交流会」,2011 年 12 月,広島
● nano tech 2012 第 11 回国際ナノテクノロジー総合展・技術会議 2012
年 2 月 15~17 日
4.産学連携・地域連携
「環境にやさしい材料を用いた次世代照明デバイス・新エネルギー関連技術
による新産業の創出」,受託研究,しまね産業振興財団(文科省地域イノベー
ション戦略支援プログラム(都市エリア型)宍道湖・中海地域,H21~23 年度)
において,ナノテクノロジーによる地域の産学官連携において紫外線 LED,太陽
電池用透明導電膜,医療食品応用ナノ粒子などの開発を支援した。
5.国際連携
nano tech 2012 世界最大のナノテク展
示会に出展。イタリア・トスカーナ州の
訪問を受けるなど注目を集めた。
北テキサス大学との共同研究の成果として,島根大学で作製した酸化亜鉛ナ
ノ粒子を用いた研究成果が米国物理学会ホームページで紹介された。
6.その他
・第 10 回 Russian-CIS-Baltic-Japanese
して Ferroelectrics 誌から出版した。
Symposium on Ferroelectricity (RCBJSF-10)のプロ―シング集を,Editor と
・J-sore セラミックスに関する技術の特許マップの上位に島根大学が掲載された。
⑨ 本年度の主要な研究成果(図,表,ポンチ絵などを多用して,2ページ以内にわかりやすくまとめてください)
A-1. 次々世代低コスト太陽電池の開発
酸化亜鉛系(特許出願準備中の項目を除く).
有機金属気相成長法(MOCVD)で石英基板上に成長した窒素ドープ酸化亜鉛
薄膜にフラッシュランプアニールを適用し,p型化に成功した.これらの成果は太陽電
池や白色 LED など世界的にインパクトが高いイノベーションに繋がる。
透過率[%]
100
60
90
50
80
40
70
30
60
20
50
10
Si
10nm
20nm
100nm
1000nm
2000nm
5000nm
10000nm
40
30
20
10
0
800
1000
1200
1400
1600
1800
0
図2
積層膜の抵抗率の NTO 膜厚依存性
低抵抗透明導電膜形成技術への発展が大いに期待でき
る。
Si/Ge 関係
-20
Si 基板上に Ge をヘテロエピタキシャル成長させることに
より,光吸収端を Si 基板単独の場合の 1050nm から
1600nm にまで拡大できること見出した,これにより太陽光
スペクトルの 90% を有効利用できる太陽電池の開発が可
能となった。
-40
2000
図 3 Si/Ge ヘテロエピタキシャル膜の反射/透過率の
Ge 膜厚依存性
ZnO 膜の化学的耐性向上のための積層構造
-10
-30
波長[nm]
図1
反射率[%]
Nb 添加 TiO2(NTO)膜と Ga 添加 ZnO(GZO)膜による積層膜をガラス
基板上にスパッタリング法で形成(図1)し,その電気的特性を測定し
た。上層である NTO 膜は化学的安定性に優れた透明導電膜であるの
で,下層である GZO 膜を保護する役割を期待して形成したものである。
図2は,抵抗率の測定結果である。積層膜をアニール処理することによ
り,GZO 単層膜よりも低抵抗な膜が得られることを発見した。実用的な
A-2. 高性能電力貯蔵用デバイスの開
発
Niを添加した
タンタル酸カリウム結晶
1 cm
+
銀電極
⇒
図-4 固体キャパシタ
f = 1MHz
6
10
Ni-KTaO3
5
10
4
'
[上:本研究で用いた方法]Ni を添加した KTaO3 結晶に銀電極を付
けた結果、電気を貯めるバリアが結晶の両端に生じる。
[右:誘電率の温度依存性(測定周波数:1 MHz)]
Ni -KTaO3 とあるのが、本研究の成果で、比較のために、応用で
使われている BaTiO3、島根大学で誘電性が発見された Ba2TiO5、
最近注目されている CaCu3Ti4O12 を載せている。この図から、
「KTaO3:Ni の電気を貯める性質が他の物質よりも優れている」
「温度に対して安定である」ことが分かる。
10
BaTi2O5
CaCu3Ti4O12
BaTiO3
3
10
2
10
1
10
-200
0
200
400
600
o
Temperature ( C)
B-1.ナノ粒子の医療・食品応用
酸化亜鉛ナノ粒子をシリカでコーティングすることにより,
酸化亜鉛の励起子に由来する発光強度が約 10 倍向上すること
が明らかになった。
図 5 酸化亜鉛ナノ粒子およびシリカコート酸化亜鉛ナノ粒子
の発光特性(励起光波長: 325 nm)
抗インスリン抗体とアミノ基修飾シリカコート酸化亜鉛ナノ
粒子との架橋実験を行った(図 6)。
合成した抗体修飾酸化亜鉛ナノ粒子を用いて免疫染色を行い,酸化亜鉛ナノ粒子結合により抗体の抗原抗体反応が阻害さ
れないことを確認した。
図6
酸化亜鉛ナノ粒子と抗体の結合および免疫組織化学的検出法(ABC 法)の概略と顕微鏡像
S. Tsukada, T. Hayashi, T. Ohba, and Y. Akishige, Applied Physics Letters,
99, 082902, (2011).
生体安全性の評
価を得た
B-2. ナタデココの臨床医療応用
吸水膨張性に優れるナタデココペーパーポイント
を製造し, 材料学的評価およびラットを用いての
価を行い,良好な評
図 7 開発中のナタデココシート 吸水膨張時断面 光学顕微鏡写真
C-1. 材料の結晶学的評価
走査型電子顕微鏡を用いた金属材料の評価法。金属材料の加工組織の評価は例え
ば透過電子顕微鏡を用いた転位の観察やX線を用いてその反射の半値幅などから転
位密度などの評価などが行われている。透過電子顕微鏡では,直接観察できるとい
う利点にがある一方で,観察領域が狭く,また試料の調整が難しいなどの困難があ
る。またX線では広い領域からの平均としての情報が比較的手軽に得られる一方で
微細な部分の情報を得ることが難しいなどの問題点もある。本研究では走査型電子
顕微鏡を用いて転位の評価法を開発しており,ある程度の定量性を得ることができ
ている。図は走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折を利用して加工した金属材料の結
晶方位の違いを色分けし,結晶粒界を示したものである。
図 8 金属材料の結晶粒界(結晶方位の違
いを色分けした)
C-2. ナノ物質の安全性評価
酸化亜鉛ナノ粒子のマウス静脈内投与実
験を,単回および反復投与して,心臓,
肺,肝臓,脾臓,腎臓,脳などの臓器ごと
に影響評価した。いずれもうっ血などの影
響が認められた。これらの結果を基に,ナ
ノ粒子の安全性を確認するために必要な
実験課題を検討した。
図 9 ZnO ナノ粒子のマウスへの投与試
験スケジュール
⑩研究成果の教育への還元,若手研究者育成プランについて
(計画書の内容を踏まえて,今年度取り組んだ内容を記入して下さい。)
1.
医理工農連携プログラム
本プロジェクトでは,S-匠ナノメディシンプロジェクトに引き続き,医理工農業連
携プログラムの学生の研究環境を提供してきた。その結果,H23 年度は松江キャ
ンパスでも 20 名以上の履修者を集め,H24 年度には総合理工学研究科の独立
コース(理工・医連携コース)となるなど本学の新しい境界教育分野の形成に貢献
した。特に,両キャンパスをまたがり研究を行った学生は,ユニークな活躍が企業
でも評価された。
2.
専門教育への貢献
産学官連携による総合理工学部専門教育科目「太陽電池工学」の立ち上げ(開
講は来年度から),授業担当:廣光一郎,葉文昌,田中仙君,島根県産業技術セ
ンター所長,島根三洋電機,三菱化学
3.
第 9 回医用分光学研究会で医理工農連携
プログラムの学生がポスター賞受賞
実践的な研究環境の提供
太陽電池作製をするために学生が 5 台のスパッタ装置組立てた。上流の装置の
組立てから下流のデバイスの作製評価まで学生が各々の研究テーマを実施する
中で携わることができ,大きな教育効果が期待できる。このようにプロジェクト内で
は材料・デバイス・評価・応用まで,いろいろな分野の学生が広く体験できる環境を
整えた。
4.小中高生向け教育
ひらめき☆ときめきサイエンス~ようこそ大学の研究室へ~ KAKENHI(研究成
果の社会還元・普及事業)の資金援助を受け,「電子セラミックスを用いたエネルギ
ーの生成と蓄電技術」と題して,子供向けの実験講座を開設した。科研費で得られ
スパッタ 3 号機(手前)と 4 号機(奥)
た研究成果を,子どもに分かりやすく伝えた。その他,出前授業なの要請にも積極
的に対応した。その他,出前講義や展示会等を通してナノテクノロジーの紹介をおこなった。
5.国際交流
米国 NSF の助成 International Research Experience for Students により北テキサス大学の学生 2 名を 2 か月間受け
入れた。また,島根大学の学生が北テキサス大学を訪問し,UNT-Shimane University Student Exchange Workshop on
Nanoscale photonic materials で研究発表を行うなどナノテクに関する学生の研究交流が進展した。この研究の成果は米
国物理学会のホームページに掲載された。その他,トルコ共和国高等教育委員会など多くの国際交流が行われた。