4年連続なるか。日本人ノーベル賞受賞

10月に入るとすぐに恒例のノーベル賞だ。

自然科学系3賞は、10月2日に生理学医学賞、3日に物理学賞、4日に化学賞がそれぞれ発表される。
昨年は東工大の大隅良典栄誉教授生理学医学賞を受賞し、4年連続で日本人受賞者が誕生するか期待が高まる。

以下3つの分野で、私の独断も含めて今年受賞の有力候補者と其の研究内容項目を挙げる。

1.生理学医学賞

(1)京都大学の本庶佑(たすく)特別教授
体内の異物に抵抗する免疫ブレーキ役のたんぱく質「PD―1」を発見
PD―1の働きを抑えれば、免疫細胞によるがん細胞への攻撃が再活性化することを
発見し、これを応用した小野薬品工業の抗がん剤「オプジーボ」の開発につながった。
日本のノーベル賞と言われる京都賞を受賞。

(2)東京農工大学の遠藤章特別栄誉教授
コレステロールを下げる薬の開発につながった物質「スタチン」を発見した。
この業績で山中伸弥教授や大村智特別栄誉教授も受賞したガードナー国際賞を受賞
更に日本国際賞ラスカー賞なども受賞している。

(3)大阪大学坂口志文特任教授
花粉症をはじめとするアレルギーの予防・治療が可能になるかもしれない
夢の細胞「制御性T細胞」の発見

(4)独、米の2氏と石野良純九州大学教授
全遺伝子情報(ゲノム)を自在に変えられるゲノム編集技術の一種「クリスパー・キャス9
こちらも

2.物理学賞

年ごとに受賞分野に傾向があるといわれているので17年は天文・素粒子分野からの受賞が濃厚だ。

1)米国勢
時間と空間の歪みが波のように伝わる現象「重力波」の観測
15年9月に米国の研究グループが重力波望遠鏡「LIGO」(ライゴ)で重力波を初検出、
重力波天文学」という新しい分野を切り開いた。
しかしまだ早すぎるような気もする。

それなら、(スケールが違いすぎるが)
14年の物理学賞の青色LEDの様に、世界の人々に大いに役立つ製品の開発
実績ということになれば、

(2)佐川眞人氏
超強力磁石のネオジム磁石の開発
82年の開発から既に30年以上、最強の座に君臨している。
ネオジム磁石でモーターに革命的変化をもたらし、産業用ロボットや電子機器、
EV等への貢献度は非常に大きい。

(3)東京工業大学の細野秀雄教授
鉄による超電導体、酸化物半導体「IGZO」アンモニア合成触媒(化学賞だが便宜的にここに記載)の開発。
が挙がられる。どれもノーベル賞級の発明だと思う。

3.化学賞
化学賞は有機化学や生体分子科学、物質材料など、幅広い分野から選ばれる。
昨年は有機化学分野の「分子機械」が選ばれたため、今年17年は生化学や材料などの研究者が有力と言われている。

とは言っても、「広く世界中の産業、生活に役立っている製品の開発に対して」であれば
何と言ってもリチウムイオン電池ではないだろうか。
(1)グッドイナフ教授、旭化成顧問の吉野彰氏の2人と、
東芝リサーチコンサルティングの
水島公一氏

(2)中部大学の山本尚教授
 物質同士の反応を活性化する触媒の研究に取り組み、「酸触媒」という触媒に特殊な分子を結合させると、目的の物質を効率的に取り出せることを発見した。
歴代のノーベル賞受賞者が事前に受賞した人が多い、「ロジャー・アダムス賞」を
受賞している。日本人ではノーベル化学賞を受賞した野依良治氏に続き2人目。

(3)九州大学の國武豊喜特別主幹教授
 人工細胞膜の作成で人工細胞や膜たんぱく質などの研究が進展した。
細胞では脂質分子が二重膜を作り、外界と内部を隔てる。この膜は極めて破れやすく、人工的に再現するのは不可能と思われていた。

(4)東京理科大学の藤嶋昭学長
 光触媒の発明。毎年挙がっている。

(5)桐蔭横浜大学の宮坂力特任教授
次世代太陽電池「ペロブスカイト太陽電池」を発明。

尚、産業、社会への貢献度の大きい基本材料である
炭素繊維、光ファイバー(光通信)でのノーベル賞に関してはあまり話題にならないが、
過去これらへの授与はないようだ。
これらは全世界の生活・産業への貢献が非常に大きいので、その貢献者にはやはりノーベル賞がふさわしい。

今年の発表は後数日、静かに待つのみだ。

尚ノーベル賞の選考についてはこちらをご参照。

 

 

ノーベル賞受賞者の選考過程


今年もノーベル賞発表の月(10月)が近づいて来ました。
この所日本人が連続で受賞しているので今年も大いに期待が持てますね。

世界にはノーベル賞を上回る賞金をだす賞も幾つかありますが(最後に記載)
やはりノーベル賞は其の歴史と格で最高の栄誉であり、特別の賞として世界中が認める賞です。

ノーベル賞は、生理学・医学、物理、化学、文学、平和、経済の6賞がありますが、
以下自然科学系の3つの賞だけに言及することにします。

ノーベル賞の第一回目の授賞式は1901年12月10日に行われました。
ノーベル賞を授与するのは、物理学と化学賞はスエーデン王立化学アカデミーで
生理学・医学賞はスエーデンにあるカロリンスカ研究所です。

ところでこのノーベル賞の選考はどのようにして行われているのでしょうか。
受賞者の選考過程は受賞後50年までは明かされません。

受賞者決定までの大きな流れとして、
1.推薦依頼の発送
選考を担当する各組織が設置するノーベル委員会が前年の9月に該当分野の専門家や過去の受賞らに受賞候補の推薦依頼を発送する。
推薦依頼は各部門3000人を超える。

2.翌年1月推薦締め切り

3.選考作業開始、
物理学賞や化学賞の場合は、1次候補者250人~300人を対象に約半年を掛けて絞り込んでゆく。
観点は、推薦された研究者が本当に最初に手掛けたものか、同様の成果を挙げた研究者が他にいないか等を調査。特に拘るのは最初かどうかと言う点。
この一連の選考作業に巨額の費用と手間を掛けて徹底的に調査していることが、ノーベル賞が権威を維持している理由の一つとされる。
受賞者は1部門3人までと人数が絞られていることも「希少価値」を高めている。
しかし、受賞回数に制限はなく、同じ受賞者に何度も受賞することも出来る。
(過去には4人が2度ノーベル賞を受賞している)

4.受賞者の発表(10月)
最終選考は発表日当日に行われることが慣例になっており、受賞者をマスコミが事前に知ることは出来ない。
今年の発表は、医学生理学賞は10月2日、物理学賞は10月3日、化学賞は10月4日となっている。

5.授賞式(12月)
ノーベルの命日である12月10日に、スエーデンのストックホルムで行われる。

因みに
1.ノーベル賞の賞金額
過去何度も変動してきたが、
2001年には設立当初の賞金レベルを回復し、2001年からは1000万スエーデン・クローネだったが、2012年(山中教授の受賞年)から800万スエーデン・クローネとなった。
9月25日現在1クローネ約14円として800万スエーデン・クローネは1億1千200万円)

2.複数受賞者の賞金の分配について
2人の場合はただ折半、3人の場合は3等分か、貢献度の大きい人が半分、残りを2等分(4分の一)とされている。

3.ノーベル賞受賞者の国別ランク
1901年以降の統計で見るとアメリカは別格として、日本はイギリス、ドイツ、フランスに大分離されているが、こと2000年以降の数字では米国(52)、日本(17)、英国(15),ドイツ(7)、フランス(5),ロシア(5)、イスラエル(5)と日本が2位と大健闘している。

ノーベル賞に関して詳しくは下記サイトをご参照下さい。
1.全図解ニュース解説 
2.ウィキペディア

 

尚、ノーベル賞の賞金額を上回る国際賞が新設されているのをご存知ですか。
近年ノーベル賞をモデルにしたと思われる国際的な学術賞が多数創設されている。
・米国で2012年、基礎物理学等3部門を対象に始まった「ブレークスルー賞
・13年から始まった英国の「クイーンエリザベス工学賞
・台灣がアジアのノーベル賞を目指して14年に設立した「唐奨
等がいずれも賞金額が800万クローネを上回り
特にブレークスルー賞は300万ドルと破格だ
同賞の創設メンバーにはグーグル、フェイスブック、の創業者らが顔を並べる。

しかし日本にもノーベル賞に匹敵する賞がある。それは日本国際賞
関連ブログご参照。

今後ノーベル賞と共に上記の賞の行方にも注目して行きたい。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

夢のマグネシウム合金、強さの秘密解明とその応用

飛行機の材料は強くてしかも軽い必要があり、現在で一般に良く知られている合金であるジュラルミン(超々ジュラルミン)が使われている。ジュラルミンはアルミニウムに銅、マグネシウム、亜鉛等を加えたもので其の技術はなんと戦前に開発されたものなのだ。
(ジュラルミンについて詳しくはここから。)

しかし更に軽くて強い材料が要望されており、其の一つの答えが、炭素繊維であり、既にボーイングのジェット機に使用されている。
ただ、炭素繊維は値段が高く、細かい賦形加工は難しい。
そこでジュラルミンや炭素繊維をコスト、性能で上回る材料(金属)が望まれている。

現在注目されているのはアルミより軽いマグネシウ合金だが、マグネシウム合金では、
これまで①燃え易い②弱いという2つの欠点が克服されていなかった。

しかし熊本大学の可村能人教授はこの問題をクリアした合金の開発に成功した。
KUMADAIマグネシウムとしてこれまで何度もニュースになりご存知の方も多いと思う。
KUMADAIマグネシウムの凄さについては、この動画1でよく分かる。

但し、今回のブログは、凄さの秘密を解説するのがメインなのだ。
尚記事の構成・内容は、NHK、Eテレ「サイエンスZERO」(軽い、強い、燃えにくい、夢の新マグネシウム合金)を参照した。

新合金の開発は、(非マグネシウム研究者として)国の新規マグネシウム合金開発プロジェクトに招聘された熊本大学可村教授がマグネシウムに別の元素を加えて其の性能を調べる実験を繰り返し、遂にその配合を発見した。それはマグネシウム(Mg)亜鉛(Zn)1%とイットリウム(Y)2%を加えるという条件だった。

従来のマグネシウム合金と較べて新合金の特長は、
1.曲げに対する変形→従来品はすぐ曲がり曲がったままに対し、しなるだけですぐ元に戻る。
2.引張強度→従来品は200MPaに対し500MPaで従来の2.5倍
3.燃え難さ→従来品が610℃で燃えるのに対し、910℃まで燃えない

この性能が世界を驚かせた。

ただ開発話の中でいくつかの疑問が生じるが、これについての答えは以下の通り。
1.これまでに上記の組成は検討されなかったのか
→同じ組成はあったが入れる量が違っていた。
2.燃え難くなるのはどうしてか
→Y(イットリウム)が酸素を通さない膜を作るので燃えにくくなる。
3.他の研究者が同じ組成で作っても強度が出ないのはなぜか
→この答えは可村教授自身にも分からないままであった。

しかし
A)東大の安倍英司教授のSTEM顕微鏡による原子配列状態の観察結果、及び
B)京都大学の奥田浩司教授によるSpring8での放射光を使った解析により明らかになった。
即ち、
1)Mg(97)/Zn(1)/Y(2)の合金のSTEM写真を調べるとZn+Yの白い層とMgの黒い層が交互に規則正しく整列していた。
これは「長周期積層構造(LPSO構造)」と呼ばれているもの。

2)上記3成分を配合した状態から徐々に温度を上げながら合金が出来る状態を放射光で観測すると
①最初ZnとYはMgの中でバラバラの状態で存在、
②温度が上がるとZnとYがくっつき始め166℃
③更に温度が上がるとこの塊が大きくなって行き(225℃→295℃
④そして自然に規則正しく並ぶ522℃

以上の現象は同じ配合で温度を上げてゆけば必ず出来ることを意味する。
それではなぜ可村教授が作った長周期積層構造の合金だけが強度がでるのか?

阿部教授が長周期積層構造(LPSO構造)を詳しく観察すると積層構造が折れ曲がった部分を見つけた。
顕微鏡の倍率を低くすると、三角形状となっている部分が沢山出来ていた。
この三角形は「キンク変形」と呼ばれ、これが強さの正体(原因)だった。
即ちキンク変形という結晶が歪んだ部分が入ると、次に全体を変形させようとした時、その変形に対する抵抗となっていることによることが判明した。
結論として、長周期積層構造(LPSO構造)+キンク変形が強さの秘密であった。
(詳しくは下記文献をご参照)
その1
その2.

それではなぜ可村教授が作った合金にはキンク変形が入るのか。

一般的な合金の作り方は、るつぼに金属の混合物を入れ、加熱して溶かし、鋳型に流し込んでゆっくり冷やし、鋳型から取り出す。原料を配合して溶かした後取り出す。
しかしこれには、キンク構造は入っていない。

その秘密は可村教授が昔から使っていた独特の方法にあった。
それは、金属混合物を溶かした後、小さな穴から噴出させ急冷しリボン状にする。
これを銅製の缶に詰め込んだ後、100トンの力で細長く押し出す。
この時、強い力で押されることでキンク変形が入り強くなっていたのだ。

では、通常の方法で溶かして作った合金を強い力で押し出し加工するとどうなるか?

果たせるかな(案の定as was expected)、強い金属が出来たのだ。

この長周期積層構造(LPSO構造)の合金を押し出し加工し、キンク変形させ強くする方法は材料工学分野では新発見であった。

その延長として、最近チタン合金アルミ合金についても強くなることが分かった。

この技術は一つの大きなブレークスルー技術となるかもしれず、
金属加工分野が大きく変わりそうだといわれている。

ここからは
軽くて、強くて燃えにくい新マグネシウム合金の応用研究について
1.航空機
(特に動画参照)
マグネシウム合金の航空機分野への応用が2014年に解禁された。
ただし、Mgの燃焼試験にパスしないといけないが、可村教授の合金は燃焼試験にパスした。
即ち航空機に使えるというお済み付きを貰ったわけだ。
2.自動車
当面はエンジンのピストン、ターボチャージャーの羽根等でエンジンの出力が上がり結果として燃費が良くなる。狙いは安価になった時のボディへの使用。(現行ハイテンを駆逐?)
3.宇宙
ロケット、衛星
上記1から3は燃費向上に寄与だが、以下は別の特徴が生かされた分野
4.医療
主成分であるMgの生体に対する特徴
・Mgは人体に必要なミネラルであり、人体に害はない。
・人体に吸収されやすい。
その他、Znも人体にあり、問題なく、Yについても特に記載はない。
製品への応用
50ミクロンのワイヤーが出来る様になり、ステント(血管拡張器)への応用が期待されている。
ステントは現在ステンレスやチタンと樹脂で作られているが、ステンレス等では一生血管内に留まるため、血栓をサラサラにする薬を飲み続けなけらばならない。また樹脂では一定期間後に体に吸収されて無くなるものもあるが、金属の2倍の厚さが必要でその分血管が狭くなる。
その点、新Mg合金は薄く、細く出来、また生体中で吸収されるので、まさに理想的な材料かと期待されている。
現在はステント形成技術の検討とマウスによる実験が行われている。
今後は基礎、応用の両面から研究を進めてゆく必要がある。

一般に
新材料が発見されてから実用化されるまでに30年位かかるので新マグネシウム合金も後
14,5年は掛かるだろう。しかし一旦実用化されればジュラルミンの様に100年以上使われるだろう。

放送内では竹内MCは敢えてレアーアースのYを使うことについては言及しなかったが、
やはり日本としては、最終的にはレアーアースを使用しない技術を開発する必要がある。
茨城マグネシウム工業会もハッキリそう言っている。

終わりに、
やや古いが、この動画2もおすすめ。メカニズム的な話は無いが、新マグネシウム合金の全体がよく分かる。

またこれからの研究者にとっては(どの分野でもそうだと思うが)、可村教授が動画1で何度も口にされている「マッドルスルー」の覚悟が必要だろう。

これまでのマグネシウム合金全般について知りたい方には
誰にでも非常に解りやすいサイトがあります。ここをご参照。