金属材料に水素が侵入すると、材料の機械的特性が低下し脆性破壊することがある。（水素脆化）水素脆化の発生を事前に予測するためには、材料への水素侵入を検出する必要がある。本技術では、対象となる金属材料に「水素と反応して色が変わる高分子センサー」を成膜することで、材料に侵入した水素を目視で発見できる。高分子センサーは安価かつ容易に成膜可能なため、大型で形状が複雑なインフラ設備にも適用できると期待される。

従来、金属中の水素検出には大型で高価な装置を必要としていたため、現場における水素検出は困難であった。本技術の水素センサーは水素を視認可能にするため、既存設備に成膜するだけで水素の侵入を発見できる。

• 従来、金属中の水素検出には大型で高価な装置を必要としていたため、現場における水素検出は困難でした。本技術の水素センサーは水素を視認可能にするため、既存設備に成膜するだけで水素の侵入を発見できます。
• ・金属材料に侵入した水素をリアルタイムで可視化できます。
• ・金属の腐食に伴い侵入した微量の水素でも検出できます。
• ・安価かつ容易に成膜可能なセンサーを使用するため、既存の大型設備にも適用できます。
• ・材料に侵入した水素を発見することで、水素脆化の防止と材料の長寿命化が期待されます。

本技術によって、大型のインフラ材料に侵入した水素を容易に検出できます。既存設備でも、材料表面に水素センサーを成膜すれば材料に侵入した水素を目視で発見できるため、メンテナンスコストの削減が期待できます。

• 生物体内では酵素などの作用でアミノ酸がペプチド化されます。掛川研究室では無水、高温高圧環境下で触媒なしにアミノ酸の高重合度ペプチド生成に成功してきています。重合が難しいとされていたグリシンでは11量体、アラニンでは5量体など重合度の世界記録を作ってきています。アラニン5量体は、クモの糸に代表される重要な硬質「炭素繊維」であり、本研究は新規炭素繊維開発に有効と考えます。

本研究を応用することで、切れないペプチド繊維（アラニンペプチド）と柔軟性のあるペプチド繊維（グリシンペプチド）を組み合わせることで、固くて伸びる新規炭素繊維を作り出せる可能性があります。

• プロドラッグ分子のみで構成されるナノ粒子『ナノ・プロドラッグ』を提唱し、疾患部位への高効率なドラッグデリバリーが可能な抗がん剤や点眼薬の開発を行っています。『ナノ・プロドラッグ』は、難水溶性にする薬剤設計指針に基づき化合物合成したプロドラッグ分子を、独自の有機ナノ粒子作製手法である『再沈法』に共することで、粒径100 nm 以下で制御できます。現在、薬理効果の評価、生体内・細胞内動態に取り組んでいます。

再沈法は薬剤化合物に限らず、様々な有機分子をナノ粒子化する汎用性の高い手法です。有機ナノ粒子を作製制御し評価する技術を持っており、有機ナノ粒子の物性評価に関する共同研究を希望します。

• 原子力や将来の核融合炉に用いられる機能・構造材料の開発と評価に関する研究を進めている。特に、メカニカルアロイング法による分散強化合金の創製や、ナノインデンテーション法を駆使した超微小試験技術に関して独自の方法を開発している。

原子力業界や材料業界

• ナノポーラス金属は、次世代高機能材料として応用が期待されています。その主な作製法として知られる水溶液による脱成分法は、微細・均一な多孔質構造の形成を可能にします。しかし、その形成原理は腐食であり、標準電極電位の高い貴金属において多孔質材料の作製が可能ですが、卑金属では酸化されてしまいます。本部門では金属溶湯による簡便な脱成分技術を新たに考案しました。この技術によれば、貴・卑に依存せず純金属や合金を多孔質化することが可能です。これまで作製が困難であった数々の卑金属（Ti、Ni、Cr、Mo、Fe、Co 等）・半金属元素（炭素Si）およびそれらの合金において、オープンセル型ナノポーラス金属材料の開発に成功しました。また、この技術は、鉄とマグネシウム、チタンとマグネシウム等の相分離する金属同士の強固な異材接合にも応用できることが分かりました。

新規電極、触媒、フィルター等に実用が期待できるほか、Ni などの毒性元素を含有する生体金属材料表面からこれを除去する技術としても利用できます。また、マルチマテリアルを実現する鉄鋼・マグネシウム合金間接合やチタン合金・マグネシウム合金間接合を可能にします。関連企業・団体との共同研究・開発を強く希望します。

• ナノ構造と光の相互作用から生じる新規光学現象を利用した超小型・高機能光デバイスの研究を行っています。また、ナノ光学素子を実用化する上で顕在している問題を克服する新たな製作技術の開発も行っています。
• 《主な研究テーマ》
• ■ 可動メタマテリアルによる光の動的制御
• ■ 微細周期構造を利用したカラーフィルタ
• ■ 表面原子自己拡散を利用した超平坦化技術
• ■ 超低損失シリコンナノフォトニクスの基礎研究

革新的光制御・センサデバイスの実現と社会実装を目指しています。「ナノフォトニクス、メタマテリアル、生物模倣光学」と「微細加工、光MEMS」の融合による光操作の未来技術と応用展開について研究しています。

• 人の手で触ることのできるような非平衡（低温）プラズマ中のイオン、電子、励起種、活性種（ラジカル）を制御して生成する技術（イオン制御プラズマ）を開発・活用することで、ナノエレクトロニクス分野ではナノ粒子・ナノカーボン・生体分子の複合物質を創製でき、医療分野では極めて低侵襲で細胞内に薬剤（抗がん剤）や治療用遺伝子を高効率で導入することができます。さらに農業分野では、低消費電力の大気圧空気プラズマで合成した活性種による、ガラス温室内の大気、水、土壌の殺菌・消毒、空気中の窒素固定による肥料の生産、植物免疫強化や植物成長促進による食糧生産増加等を実現するシステム「プラズマアグリ」を提案し、化学農薬、化学肥料を削減した持続可能な農作物栽培を可能とする「サステナブルファーム」の実証を目指しています。

イオン制御プラズマを、人に優しい低侵襲・高効率の遺伝子・薬剤導入装置、自然に優しい農薬不使用栽培システム、地球に優しい高効率電池電極材料創製等に応用する研究を行っています。プラズマの新たなナノ・メディカル・アグリ応用技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望します。