東北大学
学際科学フロンティア研究所

国立大学法人長岡技術科学大学 技学研究院機械系の庄司観准教授らは、国立大学法人東北大学 流体科学研究所（学際科学フロンティア研究所クロスアポイントメント）の馬渕拓哉助教らの共同で、DNAナノポアを（注1）を効率的に人工細胞膜（注2）に挿入し、DNAナノポアを通過するイオン電流を計測する手法を開発しました。   本手法では、DNAナノポアが修飾された金ニードル電極（DNAナノポアプローブ）を用意し、本DNAナノポアプローブ上に人工細胞膜を形成します。その結果、DNAナノポアを物理的に人工細胞膜に挿入することが可能となり、従来研究に比べDNAナノポアの膜挿入効率を大幅に向上させることに成功しました。本手法の開発により、ナノポアセンサや分子ロボット・分子機械へのDNAナノポアの応用展開が促進されることが期待されます。 図：開発したDNAナノポアの人工細胞膜挿入技術の概略図。DNAナノポアを修飾した金ニードル電極上に人工細胞膜を形成することで、DNAナノポアが物理的に人工細胞膜に挿入される。 【用語解説】 注１）DNAナノポア DNAによって構築されたナノメートルスケール（１ナノメートルは１ミリメートルの百万分の１で、１マイクロメートルの千分の１）の細孔。人工細胞膜に挿入されることで、溶液中のイオンが細孔内を通過する。   注２）人工細胞膜 両親媒性を有するリン脂質分子の自己組織化により形成される膜。   論文情報： タイトル：DNA Nanopore-Tethered Gold Needle Electrodes for Channel Current Recording 著者：Shogo Ikarashi, Hiromu Akai, Hiroki Koiwa, Jun Takahashi, Takuya Mabuchi, and Kan Shoji 掲載誌：ACS Nano DOI: 10.1021/acsnano.3c01565 URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c01565 プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/05/press20230530-01-dna.html 東北大学流体科学研究所 https://www.ifs.tohoku.ac.jp/jpn/news/3529/

ハイブリッド開催 / Hybrid Event   　FRIS Hub Meetingは、FRISの研究者全員が参加する研究発表セミナーで、月に一度、8月を除く毎月第4木曜日に開催しています。Hub Meetingの趣旨は、発表者が全領域の研究者を対象として、研究のイントロと分かりやすい専門的内容の紹介を行い、新テーマ創成の芽を作ることです。2021年1月からは世界で活躍できる研究者戦略育成事業「学際融合グローバル研究者育成東北イニシアティブ（TI-FRIS）」のTI-FRIS Hub Meetingと合同で開催しています。   　Hub Meetingでは英語での発表を強く推奨しています。異分野研究者同士では共通の常識や考え方は望めません。参加者は発表中にどんどん質問し、討論し、理解を深めるようにしています。Hub Meeting参加対象（下記）の方は積極的にご参加ください。   【TI-FRISは、弘前大学、岩手大学、東北大学、秋田大学、山形大学、福島大学、宮城教育大学によるコンソーシアム事業です。】   第44回 FRIS Hub Meeting（TI-FRIS Hub Meetingとの合同開催） 日時：2023年6月22日（木）11：00－12：00 開催方式：ハイブリッド開催（オンライン/Zoom・学際科学フロンティア研究所セミナー室） 発表言語：英語 参加ご希望の方は、事前登録が必要になります。 参加申し込みフォームよりご登録ください。 登録締切：6月21日（水）15：00   発表者： 北嶋直弥 助教 （東北大学 学際科学フロンティア研究所 助教／先端基礎科学 ） 発表タイトル： 初期宇宙の物理とダークマター/Physics of the early universe and dark matter   Summary : The origin of the universe is one of the biggest questions in basic science. Dark matter is an unknown gravitational source in the present universe and it may be the key to reveal the physics of the early universe. In this hub meeting, I will show my recent research on some dark matter models, especially focusing on production and evolution of dark matter in the early universe with computer simulations. Moreover, I will present that such early universe events can be tested by the observation of gravitational waves (propagation of spacetime fluctuations) in the present universe.   宇宙の起源解明は基礎科学における最重要課題の一つに挙げられる。ダークマターは現在の宇宙における正体不明の重力源であり、その正体を明らかにすることは、宇宙初期の物理を探る鍵となりうる。本ハブミーティングでは、いくつかのダークマターの理論モデルに関する私の最近の研究、特にコンピュータシミュレーションを用いた宇宙初期におけるダークマターの生成及び進化に関する研究を紹介する。また、このような初期宇宙の現象が時空のゆらぎの伝播、すなわち重力波を通じて、現在の宇宙において検証できることを示す。     Hub Meeting参加者 趣旨と守秘義務を理解・了解していることを条件に、以下の方が参加できます。 Hub Meetingメンバー 発表のターゲットとする参加者、アーカイブ視聴対象 ・東北大学学際科学フロンティア研究所教員 ・TI-FRISフェロー オブザーバー Hub Meetingに興味のある下記の参加者（質問・議論にも参加することができます） ・東北大学学際高等研究教育院研究教育院生 ・東北大学教職員・学生 ・TI-FRIS参画大学教職員・学生 ・TI-FRIS関係者（委員会委員等） ・「世界で活躍できる研究者戦略育成事業」の育成対象者 ・科学記者 ・学際研所長/TI-FRISプログラムマネージャーが認めたもの   ◆FRIS Hub Meetingについて

新領域創成研究部のSUN Sai助教は、令和4年度東北大学電気・情報系若手優秀研究賞を受賞しました。 本賞は、本学の電気・情報系において優れた論文を発表した若手研究者に授与されるものです。  

  遺伝情報を記録するDNAが自己複製する機能は生命体が持つユニークな特性であり、物質だけの世界にはこれほど複雑な自己複製機能はありません。原始の地球上において、物質世界からどのようにして自己複製する生体高分子が生まれたのかという問いは、生命の起源に関する最重要問題のひとつですが、未だ実験的にも理論的にも解き明かされたとはいえません。よく知られているM. Eigen のハイパーサイクルモデルやS. A. Kauffman らのオートカタリティックモデルは、物質世界の高分子から自己複製する高分子への臨界的遷移を扱っていませんでした。   東北大学学際高等研究教育院の沢田康次名誉教授、公益財団法人がん研究会がん研究所の大学保一プロジェクトリーダー（研究開始当時：東北大学学際科学フロンティア研究所 助教）、東北大学学際科学フロンティア研究所の當真賢二准教授は、DNAが自己複製しながら遺伝子情報を運ぶ世界の以前にRNAを自己複製の単位とする世界があった可能性が高いことに注目し、ランダムなポリヌクレオチド分子集合体の物質世界からRNAのような配列分子が自己複製する世界への遷移を示す物理モデルを構築しました。その上で種々の可能なネットワークに対して解析と数値シミュレーションを行い、分子の反応定数や崩壊係数がどのような条件であれば遷移が起こるかを導き出しました。   本研究は、非線形物理学の研究者、分子遺伝学の研究者、宇宙物理学の研究者による学際的な成果となりました。本研究で構築した物理モデルは非平衡な熱力学状態で実現する散逸構造の一つとなっており、生命の起源と熱力学の関係を紐解く端緒となる可能性を示しています。本研究で導いた条件が原始地球上における物理状態と合致するのかについては、今後の実験的研究による検証が期待されます。 この研究成果は米国物理学会発行の学術雑誌『Physical Review E』誌に2023年5月11日付で掲載されました。また本研究の議論では、学際科学フロンティア研究所の分野横断型研究環境FRIS CoREのサイエンスラウンジが活用されました。 論文情報 タイトル：Onset model of mutually catalytic self-replicative systems formed by an assembly of polynucleotides 著者：Yasuji Sawada, Yasukazu Daigaku, and Kenji Toma 掲載誌：Physical Review E DOI: 10.1103/PhysRevE.107.054404 URL: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.107.054404

オンライン開催 ZoomによるWeb開催となります。   令和5年度 前期第1回 全領域合同研究交流会を開催します。   教育院生及び学際研関係者以外の方で参加をご希望の方は5月22日（月）13時までに下記のフォームから申し込みをお願いいたします。 追って参加方法等についてご連絡いたします。   参加申込フォーム： https://forms.gle/RpETtbMiMLwhagF87 参加には東北大メールが必要となりますので予めご確認下さい。   口頭発表者は以下の通りです。   渡邊 晶斗 (工学研究科 / 先端基礎科学領域) ニュートリノ実験への応用に向けた表面修飾ZrO2ナノ粒子の水熱合成 Hydrothermal synthesis of surface-modified ZrO2 nanoparticles for neutrino experiment application   Yingxu Liu (医学系研究科 / 人間・社会領域) 世代間の社会的流動性と脳認知加齢化 Intergenerational Social Mobility, Brain Structure, and Cognitive Trajectory : Findings from the Whitehall II Study Over 20 Years   神代 格也 (薬学研究科 / 生命・環境領域) 特殊ペプチド天然物の化学合成に向けた反応開発 Reaction development for chemical synthesis of unusual peptidic natural product 場所： オンラインセミナー（Zoom）   R5前期第1回抄録集.pdf   ■全領域合同研究交流会について

新領域創成研究部の松平泉助教は、公益財団法人インテリジェント・コスモス学術振興財団『第22回インテリジェント・コスモス奨励賞』を受賞しました。   本賞は、科学技術分野において独創的で優れた研究テーマを持つ、将来有望な若手研究者及び、東北の産業支援に貢献する優れた研究者・グループに対して授与されます。   受賞対象の研究テーマ： 次世代へと伝達する個性の探究 −トリオ脳科学の挑戦−       第22回インテリジェント・コスモス奨励賞： http://www3.ic-net.or.jp/~incos/award/award22.html

ハイブリッド開催 / Hybrid Event   　FRIS Hub Meetingは、FRISの研究者全員が参加する研究発表セミナーで、月に一度、8月を除く毎月第4木曜日に開催しています。Hub Meetingの趣旨は、発表者が全領域の研究者を対象として、研究のイントロと分かりやすい専門的内容の紹介を行い、新テーマ創成の芽を作ることです。2021年1月からは世界で活躍できる研究者戦略育成事業「学際融合グローバル研究者育成東北イニシアティブ（TI-FRIS）」のTI-FRIS Hub Meetingと合同で開催しています。   　Hub Meetingでは英語での発表を強く推奨しています。異分野研究者同士では共通の常識や考え方は望めません。参加者は発表中にどんどん質問し、討論し、理解を深めるようにしています。Hub Meeting参加対象（下記）の方は積極的にご参加ください。   【TI-FRISは、弘前大学、岩手大学、東北大学、秋田大学、山形大学、福島大学、宮城教育大学によるコンソーシアム事業です。】   第43回 FRIS Hub Meeting（TI-FRIS Hub Meetingとの合同開催） 日時：2023年5月25日（木）11：00－12：00 開催方式：ハイブリッド開催（オンライン/Zoom・学際科学フロンティア研究所セミナー室） 発表言語：英語 参加ご希望の方は、事前登録が必要になります。 参加申し込みフォームよりご登録ください。 登録締切：5月24日（水）15：00   発表者： Nguyen Tuan Hung 助教 （東北大学 学際科学フロンティア研究所 助教／物質材料・エネルギー ） 発表タイトル： Density-functional theory: A powerful tool for interdisciplinary materials science   Summary : Density-functional theory (DFT) is a computational method used in materials science, chemistry, and condensed matter physics to study the electronic structure of materials. It is based on quantum mechanics and can predict accurate results, which can compare directly with experimental data. Thus, DFT has become an important tool for predicting the properties of materials, such as their electronic structure, chemical reactivity, crystal lattices, and spectroscopic properties. This talk will introduce how to use the DFT in interdisciplinary materials science. We also show the hands-on tutorial for Quantum ESPRESSO, a wide-used open software for DFT calculation, on personal computers.     Hub Meeting参加者 趣旨と守秘義務を理解・了解していることを条件に、以下の方が参加できます。 Hub Meetingメンバー 発表のターゲットとする参加者、アーカイブ視聴対象 ・東北大学学際科学フロンティア研究所教員 ・TI-FRISフェロー オブザーバー Hub Meetingに興味のある下記の参加者（質問・議論にも参加することができます） ・東北大学学際高等研究教育院研究教育院生 ・東北大学教職員・学生 ・TI-FRIS参画大学教職員・学生 ・TI-FRIS関係者（委員会委員等） ・「世界で活躍できる研究者戦略育成事業」の育成対象者 ・科学記者 ・学際研所長/TI-FRISプログラムマネージャーが認めたもの   ◆FRIS Hub Meetingについて

脳内では1000億個以上の細胞が複雑な回路を形成しており、細胞間で電気・化学信号が伝達されています。神経細胞からの電気信号を記録する技術は成熟していますが、脳内の細胞間コミュニケーションを担っているのは繊細な化学信号であり、その活動を正確に測定するツールは限られています。非常に多くの化学物質が存在する脳内で特定の化学物質の動態と脳機能・病態の関連を調べるためには、選択的に化学物質を定量化する計測技術が必要とされます。   東北大学学際科学フロンティア研究所の郭媛元准教授、工学部学部生の雜﨑智沖氏、久保稀央氏らの研究チームは、熱延伸技術で作製された多機能ファイバと、アプタマーと呼ばれるDNA分子プローブを組み合わせることで、多機能神経デバイスの未踏領域である生体内電気化学センシング機能を実現しました。そして、やる気や幸福感と関連する神経伝達物質であるドーパミンなどの特定の化学物質を、脳内の複雑な環境において高感度かつ選択的に検出することに世界で初めて成功しました。さらに、多機能ファイバ技術を活用することで、脳内の電気信号と化学信号の同時計測と操作を可能にしました。   図：脳内化学物質を検出できる、DNAアプタマーを用いたファイバセンサのイメージ図。 本研究成果は、分析化学分野における国際的な学術誌である米化学会『Analytical Chemistry』誌に2023年4月24日付で掲載されました。また本研究は、東北大学学際科学フロンティア研究所の郭媛元准教授、阿部博弥助教、および東北大学における郭准教授のメンターである大学院医学系研究科の虫明元教授らの共同研究です。   なお、論文著者の雜﨑氏と久保氏は東北大学アドミニストレイティブ・アシスタントの制度をきっかけとして、研究チームに加わりました。その後、学際科学フロンティア研究所では、所属教員の研究の進展を図るとともに、学生に最先端の研究を経験する機会を提供し、学生の多様な研究経験と経済支援に資する事を目的とした取り組みである「学部学生研究ワーク体験（FRIS-URO）」を開始しました。 論文情報： タイトル：The development of aptamer-coupled microelectrode fiber sensors (apta-μFS) for highly selective neurochemical sensing 著者：Tomoki Saizaki, Mahiro Kubo, Yuichi Sato, Hiroya Abe, Tomokazu Ohshiro, Hajime Mushiake, Fabien Sorin and Yuanyuan Guo* （*責任著者） 掲載誌：Analytical Chemistry DOI: 10.1021/acs.analchem.2c05046 URL: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c05046 プレスリリース： 東北大学 http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/04/press20230424-01-fiber.html 東北大学工学部 https://www.eng.tohoku.ac.jp/news/detail-,-id,2513.html 東北大学医学系研究科 https://www.med.tohoku.ac.jp/5377/   学際科学フロンティア研究所「学部学生研究ワーク体験（FRIS-URO）」： https://www.fris.tohoku.ac.jp/recruit/fris-uro/

学際科学フロンティア研究所新領域創成研究部の佐藤伸一助教、東京医科歯科大学の楠山譲二准教授（2022年9月まで本研究所助教）、北海道大学の常松友美講師（2023年3月まで本研究所助教（兼務）、現・客員准教授）が、『令和5年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞』を受賞することが決定しました。   本賞は、萌芽的な研究、独創的視点に立った研究等、高度な研究開発能力を示す顕著な研究業績をあげた40歳未満の若手研究者に対して、文部科学大臣より授与されるものです。   それぞれの受賞対象の業績は、以下の通りです。   佐藤伸一助教「相互作用解明を実現する触媒的タンパク質化学修飾研究」 楠山譲二准教授「妊娠期運動効果の次世代伝播機構に関する研究」 常松友美講師「睡眠覚醒制御機構と睡眠に伴う脳内動態に関する研究」 また、過去に本研究所に助教として在籍していた東北大学大学院理学研究科の金田文寛教授、東京農工大学大学院工学研究院の吉野大輔准教授が同賞を受賞することも発表されました。   表彰式は、2023年4月19日（水）に文部科学省にて行われます。 文部科学省： 令和5年度科学技術分野の文部科学大臣表彰受賞者等を決定しました https://www.mext.go.jp/b_menu/houdou/mext_01224.html 東北大学： 令和5年度科学技術分野の文部科学大臣表彰の受賞について https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/04/award20230407-mext.html

ハイブリッド開催 / Hybrid Event   　FRIS Hub Meetingは、FRISの研究者全員が参加する研究発表セミナーで、月に一度、8月を除く毎月第4木曜日に開催しています。Hub Meetingの趣旨は、発表者が全領域の研究者を対象として、研究のイントロと分かりやすい専門的内容の紹介を行い、新テーマ創成の芽を作ることです。2021年1月からは世界で活躍できる研究者戦略育成事業「学際融合グローバル研究者育成東北イニシアティブ（TI-FRIS）」のTI-FRIS Hub Meetingと合同で開催しています。   　Hub Meetingでは英語での発表を強く推奨しています。異分野研究者同士では共通の常識や考え方は望めません。参加者は発表中にどんどん質問し、討論し、理解を深めるようにしています。Hub Meeting参加対象（下記）の方は積極的にご参加ください。   【TI-FRISは、弘前大学、岩手大学、東北大学、秋田大学、山形大学、福島大学、宮城教育大学によるコンソーシアム事業です。】   第42回 FRIS Hub Meeting（TI-FRIS Hub Meetingとの合同開催） 日時：2023年4月27日（木）11：00－12：00 開催方式：ハイブリッド開催（オンライン/Zoom・学際科学フロンティア研究所セミナー室） 発表言語：英語 参加ご希望の方は、事前登録が必要になります。 参加申し込みフォームよりご登録ください。 登録締切：4月26日（水）15：00   発表者： 岡本 泰典 助教 （東北大学 学際科学フロンティア研究所 助教／TI-FRISフェロー） 発表タイトル： 天然物をいじって非天然の機能を創出する –タンパク質工学と人工酵素研究– / Artificial enzyme: Integrating Unnatural Functions into Natural Proteins   Summary : Nature has evolved various catalysts, called enzymes, to proceed with myriad biochemical reactions which sustain our life. Humans also developed synthetic catalysts enabling chemical transformations that nature has not found. To merge advantageous features of enzymes and synthetic catalysts, the field of artificial enzymes has emerged since the 2000s. This presentation will provide an overview of protein engineering and recent progress in the development of artificial enzymes. Starting with the basics of amino acids and proteins, we will review how researchers have integrated unnatural functions into natural proteins.     Hub Meeting参加者 趣旨と守秘義務を理解・了解していることを条件に、以下の方が参加できます。 Hub Meetingメンバー 発表のターゲットとする参加者、アーカイブ視聴対象 ・東北大学学際科学フロンティア研究所教員 ・TI-FRISフェロー オブザーバー Hub Meetingに興味のある下記の参加者（質問・議論にも参加することができます） ・東北大学学際高等研究教育院研究教育院生 ・東北大学教職員・学生 ・TI-FRIS参画大学教職員・学生 ・TI-FRIS関係者（委員会委員等） ・「世界で活躍できる研究者戦略育成事業」の育成対象者 ・科学記者 ・学際研所長/TI-FRISプログラムマネージャーが認めたもの   ◆FRIS Hub Meetingについて