東北大学
学際科学フロンティア研究所

学際科学フロンティア研究所の中安祐太助教（人間・社会領域）は、未利用資源を活用した材料開発やエネルギー自給を軸とするエコライフスタイルの確立を目指し、独創的な学際研究を展開しています。このたび、中安助教が参画する大船渡山林火災の被害木の利活用へ向けた活動が複数メディアで紹介されました。   2025年２月に発生した同山林火災では、国内最大規模となる約3370ヘクタールが被害を受けました。被災した山林の復旧には、焼け焦げるなどの被害を受けた被害木の活用が課題とされています。   この課題の解決へ向けて、林業関係者、大学、県などが協力し、被害木活用へ向けた調査活動が行われました。地球環境の変化により、今後国内でも大規模な山林火災の発生が懸念される中、今回の取り組みは、災害復旧と資源循環の両面において重要な知見を提供するものとして注目されています。中安助教は、「建築資材としての活用可能性を確認し、（資材として）活用できない場合でも、どのような活用方法があるのかを考えていきたい」とコメントしました。   【FNNプライムオンライン】 https://www.fnn.jp/articles/-/914002 【NHK】 https://www3.nhk.or.jp/lnews/morioka/20250807/6040026663.html 【TBS NEWS DIG】 https://newsdig.tbs.co.jp/articles/-/2095685 【日テレNEWS】 https://news.ntv.co.jp/category/society/tvdea0b476b8f646178701834cec9ddfda 【河北新報オンラインニュース】 https://kahoku.news/articles/20250810khn000023.html  

スピントロニクスの発展により、強磁性体を用いた不揮発性メモリー（磁気抵抗メモリー：MRAM）の社会実装が進展し、半導体集積回路の高機能化・省エネ化に貢献しています。一方で近年、基礎研究の領域では、全体としては磁力を持たない磁性材料である反強磁性体が注目されています。これまでこの反強磁性体の強磁性体との類似点や相違点が様々な角度から調べられてきましたが、強磁性体に対する工学的な優位性は明らかではありませんでした。   このたび東北大学、物質・材料研究機構及び日本原子力研究開発機構からなる研究チームは、スピンが渦巻状に並んだカイラル反強磁性体Mn3Snを用いて、半導体応用で重視される動作速度に関して、反強磁性体の強磁性体に対する優位性を実証しました。具体的には、Mn3Snをナノメートルサイズに微細化することで、反強磁性体特有の現象である「電流印加によるスピン構造のコヒーレント回転」を超高速で自在に制御できることを明らかにし、その上で高効率な書き込み動作を0.1ナノ秒という強磁性体を凌駕する時間スケールで実現しました。 この制御方式は外部からの磁場を必要とせず、再現性にも優れることから、「スピン半導体」の大幅な機能向上に繋がるものと期待されます。   今回の研究成果は、2025年8月21日（米国時間）付で科学誌Scienceに掲載されました。研究チームには学際科学フロンティア研究所の山根結太准教授が責任著者として参加しています。   図：(a) カイラル反強磁性体ナノドット素子の高速制御実験の模式図。(b) 今回作製したナノドット素子の観察画像。 【論文情報】 タイトル：“Electrical coherent driving of chiral antiferromagnet” （カイラル反強磁性体の電気的コヒーレント駆動） 著者： Yutaro Takeuchi*, Yuma Sato, Yuta Yamane*, Ju-Young Yoon, Yukinori Kanno, Tomohiro Uchimura, K. Vihanga De Zoysa, Jiahao Han, Shun Kanai, Jun’ichi Ieda, Hideo Ohno, and Shunsuke Fukami* *責任著者：物質・材料研究機構 磁性・スピントロニクス材料研究センター 研究員竹内祐太朗、東北大学 学際科学フロンティア研究所 准教授 山根結太、同学電気通信研究所 教授 深見俊輔 掲載誌：Science DOI：10.1126/science.ado1611 URL: http://www.science.org/doi/10.1126/science.ado1611 プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/08/press20250822-01-spin.html 東北大学 東北大学電気通信研究所 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/08/press20250822-01-spin.html  

学際科学フロンティア研究所の佐藤伸一准教授（国際卓越PI）らにより開発されたタンパク質修飾剤 「MAUra-Azide」 が試薬として販売されました。発展途上とされてきたタンパク質化学修飾分野の研究推進および産業技術の発展を大幅に加速することが期待されます。   タンパク質化学修飾技術の重要性と現状の課題 タンパク質は20種類のアミノ酸からなる生体分子で、抗体などのバイオ医薬品の主成分です。タンパク質を化学的に修飾する技術は、ADC（抗体薬物複合体：がん細胞を狙い撃ちする次世代医薬品）開発の中核技術であり、医療材料開発や生体内タンパク質の解析にも不可欠です。 しかし、現在の技術による選択的かつ高効率な化学修飾が可能なアミノ酸は、リジン残基とシステイン残基（20種類中2種類のアミノ酸）に限られており、残り18種類のアミノ酸の修飾法は発展途上とされてきました。   MAUra-Azideの革新的特徴 佐藤准教授らは、ラジカル種や一重項酸素種（高い反応性を持つ化学種）を活用することで、従来困難とされてきたアミノ酸残基の修飾を実現するMAUra-Azideの開発に成功しました。この化合物は以下の2つの特徴を持ちます： 1. チロシン残基の選択的修飾 一電子酸化条件下でラジカル化し、チロシン残基を選択的に修飾します。 2. ヒスチジン残基の選択的修飾 一重項酸素発生条件下で、酸化されたヒスチジン残基を選択的に修飾します。 また、azide基（アジド基）はclick反応（2022年ノーベル化学賞の対象となった効率的な化学結合反応）の足掛かりとなる構造として知られており、蛍光性や精製タグなど、任意の機能を導入することが可能です。タンパク質修飾に寄与する「MAUra」構造に「アジド基」を導入した本化合物の活用により、タンパク質に様々な機能を導入できます。   MAUra-Azideの実用化による波及効果 MAUra-Azideの実用化により、チロシン・ヒスチジン残基修飾技術は、世界中の研究者が容易に利用可能な技術となります。アミノ酸修飾戦略の広範化により、ＡDCなどの次世代バイオ医薬品や医療材料開発における設計自由度が大幅に向上します。また、高い選択性を備えた修飾技術は、ケミカルバイオロジー分野に有用な新たな手法を提示しています。バイオ医薬品、診断技術、バイオマテリアル分野での革新的応用が期待され、特に精密医療の発展において、重要な技術基盤となることが予想されます。MAUra-Azideを活用した世界中の研究により、タンパク質工学の新時代を築く重要技術の創出が期待されます。   本記事に関する参考資料 製品ホームページ： https://www.tcichemicals.com/JP/ja/p/M3978   酵素を使った温和な反応条件によるチロシン残基修飾 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/cc/d4cc03802a   容易に調整できるラジカル種を使ったチロシン残基修飾 https://www.tetrahedron-chem.com/article/S2666-951X(24)00050-0/fulltext   チロシン残基を狙った部位特異的抗体修飾 と 蛍光免疫センサーの開発 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.bioconjchem.0c00120 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cc/d1cc03231c   光増感剤を使ったヒスチジン残基修飾 https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.1c01626   反応条件の選択によるチロシン／ヒスチジン残基の選択性制御 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c05946 https://www.mdpi.com/1422-0067/23/19/11622  

自然科学研究機構 生命創成探究センター/分子科学研究所/総合研究大学院大学の岡本泰典 准教授（東北大学 学際科学フロンティア研究所 客員准教授）、東北大学 流体科学研究所の馬渕拓哉 准教授、産業技術総合研究所の氷見山幹基 主任研究員らのグループは共同で、ヒトサイトカインに人工的な金属構造の三核亜鉛中心を移植し、外来性機能として高い加水分解活性とヒトサイトカインが元来有する内在性機能の両方を持つ人工酵素の創製に成功しました。   移植された三核亜鉛構造は、自然界には見られないものであり、先行研究では、有機合成化学的に精密設計された配位子を用いて構築されています。多核金属中心の構築には、金属イオンの精密な多点配置が必要です。研究グループは、幾何学的探索と量子化学計算を用いることで、タンパク質を、従来の有機合成配位子と同等の精度で、配位子として利用できることを実証しました。   自然界には、現在の有機合成化学的手法では困難な高度物質変換を行っている多核金属中心を有する酵素があります。本研究成果は、天然の高機能性酵素に倣ったグリーンな物質変換技術につながることが期待できます。また、今回移植先としたサイトカインは生体内の様々な現象に応答することから、本研究により創製されたサイトカインベースの人工酵素は、生命現象適応型ケミカルツールとしての発展が期待されます。   本研究成果は、国際科学雑誌Nature Communicationsにて（日本時間2025年07月31日18時解禁）オンライン掲載されました。また本研究の一部は、東北大学学際科学フロンティア研究所に設置された学際研協働的研究環境（FRIS CoRE）において実施されました。   図：内在性機能と外来性機能を併せ持つ人工酵素 内在性機能と外来性機能を有する人工三核亜鉛酵素(左)および設計構造と実験構造の重ね合わせ(右)。 【論文情報】 タイトル：A Cytokine-based Designer Enzyme with an Abiological Multinuclear Metal Center Exhibits Intrinsic and Extrinsic Catalysis 著者：Akiko Ueno#, Fumiko Takida#, Tomoki Kita, Takuro Ishii, Tomoki Himiyama*, Takuya Mabuchi*, and Yasunori Okamoto* （#共筆頭著者、*責任著者） 掲載誌：Nature Communications DOI：10.1038/s41467-025-61909-5 URL：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61909-5 プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/08/press20250801-01-ion.html 東北大学 流体科学研究所 https://www.ifs.tohoku.ac.jp/jpn/news/5970/ 自然科学研究機構 生命創成探究センター https://www.excells.orion.ac.jp/news/12579   学際研協働的研究環境（FRIS CoRE）： https://www.fris.tohoku.ac.jp/fris_core/  

新領域創成研究部の安井浩太郎助教は、国際会議The 12th International Symposium on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2025)においてBest Oral Presentation Awardを受賞しました。 発表題目："Decoding the Interplay Between Central and Peripheral Control for Versatile Locomotor Repertoire in Centipedes" 著者：Kotaro Yasui, Emily M. Standen, Takeshi Kano, Hitoshi Aonuma, Akio Ishiguro   受賞日：2025年7月11日   AMAM2025のウェブサイト： https://www.tu-darmstadt.de/lokoassist/home_lokoassist/news_und_events_lokoassist/amam25/amam25.en.jsp

全領域合同研究交流会 特別企画「第10回 FRIS/DIARE Joint Workshop」 FRISとDIAREのメンバーは新しい研究テーマを模索しながら、様々な交流と活発な議論を行っています。このJoint Workshopでは、多くの研究者が一堂に会し、学内で行われている様々な研究を網羅的に知り、交流と学際研究の可能性を広げることを目的としています。   日時：2025年　8月 6日（水）10:00～18:30 場所：片平さくらホール 主催：学際科学フロンティア研究所（FRIS）、学際高等研究教育院（DIARE） 参加者：FRIS教員、DIARE教育院生 実施方法：対面   補足： Joint Workshopのポスターセッションの趣旨は成果発表ではなく、院生同士や院生と若手教員の交流です。研究の成果よりは研究の面白さや研究手法の紹介を重視してください。成果を示すために掲載す る図は1つだけとします。また今回はポスターのサイズはA0ではなく、A4の張り合わせとします。ぜひ (学会発表用のポスターの流用ではなく)Joint Workshop用に作ってください。作ったものは今後の全 領域合同研究交流会で使いまわしてもokとします。英語対応も工夫してください。The aim of the Joint Workshop poster session is not to present research results, but to exchange between graduate students and between graduate students and FRIS staffs. Please emphasize your interest and introduction of research methods rather than the research results in your poster. Only one figure can be shown in your poster to present the research results. The poster size this time is not A0, but multiple A4 papers combined. We encourage you to make an original poster for the Joint Workshop (not to use a poster made for another conference presentation). The poster you make may also be used for future All-Discipline Seminars. タイトルは、研究費応募時に設定するような形式的なものではなく、キャッチーあるいはエッジの効いたもので異分野研究者を惹きつけるものにしてください。The title should be catchy or edgy to attract participants from different research fields, rather than the formal one in your application form of DIARE.   プログラム： 10:00-10:10　開会のあいさつ & 全体アナウンス 10:10-10:50　招待講演①：佐藤 芳樹 氏（埼玉大学理工学研究科 助教；教育院アルムナイ） 11:00-12:30　ポスターセッション① 12:30-14:00　昼休憩 14:00-14:40　招待講演②：山岸 奎佑 氏（テルモ株式会社；教育院アルムナイ） 14:50-16:20　ポスターセッション② 16:30-17:30　ブースセッション（FRIS教員：キャリアパスについての質疑応答） 17:30-18:30　情報交換会（軽食付き）   問い合わせ先 学際高等研究教育院 総合戦略研究教育企画室 @ ■全領域合同研究交流会について

これまで材料開発では、理論計算による予測と実験による検証が分離しており、効率的な材料探索が課題となっていました。   東北大学学際科学フロンティア研究所寄附研究部門「ナノ材料プロセスデータ科学」の 橋本佑介特任准教授と笘居高明教授、同大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の賈 雪（ジヤ シユエ）助教と李 昊（ハオ リー）教授らの研究グループは、実験と代表的な理論計算の第一原理計算データを統合した大規模データセットにメッセージパッシング型グラフニューラルネットワーク（MPNN）を適用し、材料の熱電特性と構造類似性を一望できる「材料マップ」の構築に成功しました。マップ上では構造的に近い材料が近接して配置されます。似た構造の材料は似た手法で合成・評価されることが多く、既存の合成手法を生かして次のターゲット材料を選定するときの効率化に貢献します。   このマップを活用することで、実験研究者が未知の高性能材料において構造的に類似するものを短時間で抽出し、既存の合成手法を転用して次のターゲット材料を容易に選定することが可能になります。新材料開発期間の大幅な短縮につながることが期待される成果です。   本研究成果は、2025年7月28日（現地時間）に科学誌APL Machine Learningのオンライン版にて公開されました。 図：開発した材料マップ（左）とその拡大図（右） 材料の熱電特性（zT）と材料の構造類似性を同時に反映する材料マップにより、これらが同時に類似する材料の効率的な探索を実現します。 【論文情報】 タイトル：A Materials Map Integrating Experimental and Computational Data via Graph-Based Machine Learning for Enhanced Materials Discovery 著者：Y. Hashimoto*, X. Jia, H. Li, T. Tomai *責任著者：東北大学 学際科学フロンティア研究所 特任准教授 橋本 佑介 掲載誌：APL Machine Learning DOI：10.1063/5.0274812 URL：https://pubs.aip.org/aip/aml/article/3/3/036104/3355901/A-materials-map-integrating-experimental-and   プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/07/press20250731-01-ai.html 東北大学 材料科学高等研究所（WPI-AIMR） https://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/achievements/press/2025/20250731_002017.html  

学際研では現地にて研究所紹介とFRIS URO学生交流会を行います。 東北大学オープンキャンパスにお越しになる際は、是非、お立ち寄りください。   【開催日時】 ・2025年 7月 30日（水）10:30～14:30 ・2025年 7月 31日（木）10:30～14:30   【URL】 https://www.fris.tohoku.ac.jp/opencampus/2025/ 【内容】 ・学際研の研究所紹介（VRによる研究施設見学など） ・FRIS URO学生交流会（FRIS URO学生・教員による研究ポスター発表、FRIS URO模擬体験） 学生交流会ではFRIS URO学生が学際研教員とともにどんな研究を行なっているのかをご紹介いたします。 興味を引いた研究ポスターの前に足を止めて、自由な議論をお楽しみください。   FRIS URO 模擬体験では以下のプログラムに参加できます。   〜微生物や炭を使って電池を創ろう！〜 微生物燃料電池（MFC）の計測と炭電池の作製・計測・MFCからの充電 ▶どんな研究者の実験？   〜毒や薬はどうして「効く」のか見てみよう！〜 PCによる低分子化合物とタンパク質のドッキングシミュレーション ▶どんな研究者の実験？   〜ロケット燃料を医療用CTで解析しよう〜 燃焼後のロケット燃料の医療用CTデータを用いて解析する ▶どんな研究者の実験？        【問合せ先】 学際科学フロンティア研究所 事務室 Email: somu[at]fris.tohoku.ac.jp（ [at] を@に置き換えてください ）      

アルケンやアルキンといった不飽和化合物の水素化反応は、医薬品開発や材料開発といった有機合成化学において重要な還元反応の一種です。一般には活性炭に担持されたパラジウム触媒（Pd/C）が用いられますが、Pdは貴金属で埋蔵量が限られることから、より少ない金属量で高い還元活性を示す固体担持金属触媒の開発が求められます。   上記の触媒は1つの粒子（<100nm）あたり数百～数千の原子で構成される「Pdナノ粒子」が活性点で、多量の金属で高い還元性を発現する一方、粒子表面で反応するため単位原子数(単位質量)あたりの触媒活性は低下します。これに対し、「分子触媒」はPd金属原子1つが有機物を還元するため、単位原子数（単位質量）あたりの還元頻度は向上するものの、還元力の低下が課題となります。この「Pdナノ粒子」より小さく、「分子触媒」より大きな中間的存在として、金属原子が数個～数十個集まってできた1nmほどの大きさの「クラスター」と呼ばれる分子が、「Pdナノ粒子」のような高い還元力を保持しつつ、「分子触媒」のような金属1つあたりの機能を維持する新たな触媒の一つとして近年注目を集めています。   東京大学生産技術研究所の砂田祐輔教授は、東京都立大学理学研究科の山添誠司教授、東北大学学際科学フロンティア研究所の田原淳士助教との共同研究により、「ケイ素原子で架橋されたパラジウム四核クラスター（Pd4Si3）」を活性炭に担持させることに成功し、それらがアルケンの水素化反応における高活性触媒として機能することを見出しました。本触媒は様々なアルケンを常温常圧の水素雰囲気下で還元することが可能であり、最高でPd原子一つあたり455,556回還元反応を触媒することが明らかとなりました。更に、一般的なPd/C 触媒ではアルケンだけでなくニトロ基といった他の官能基まで還元してしまうといった制御性の困難さが課題でしたが、本触媒では分子内にニトロ基とアルケンをもつ分子について、ニトロ基を分解することなくアルケンのみを還元することに成功し、本触媒が高活性のみならず高い化学選択性を有することが実験的に証明されました。   XAFS分析から本触媒は活性炭表面上でも元のクラスター骨格を保持していることが明らかとなりました。また、DFT計算による解析から、水素分子のH-H結合は、Pd4Si3クラスター骨格のPd–Si結合上で均等に開裂する様子が確認され、これが極性のニトロ基よりも、非極性のアルケンの還元に優先的に機能する原因であると示唆されました。   本成果はACS Catalysis（米国化学会誌触媒専門誌）にて2025年7月10日にオンライン公開されました。     【論文情報】 タイトル：Activated-Carbon-Supported Clusters Consisting of Four Planarly Arranged Palladium Atoms as Highly Active and Alkene-Selective Hydrogenation Catalysts 著者：Chikako Yanagisawa,# Rinako Miyauchi,# Risa Nishiura, Yoshimasa Wada, Seiji Yamazoe, Atsushi Tahara,* Yusuke Sunada* (#equally contributed) *責任著者：東京大学生産技術研究所 教授 砂田祐輔 (実験科学全般)、東北大学学際科学フロンティア研究所 助教 田原淳士 (計算科学全般)、 掲載誌：ACS Catalysis DOI：10.1021/acscatal.5c00339 URL：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c00339  

電気や熱を機械的エネルギーに変換するアクチュエータには、用途に応じてさまざまな機構や材料があります。特に、宇宙機器や水素利用などの分野では、－100℃以下の低温でも正確に動作し、高出力を発揮できるアクチュエータ用材料が求められています。しかし、これまで実用的な材料はありませんでした。   このたび、東北大学大学院工学研究科の大森俊洋教授らは、銅、アルミニウム、マンガンを主成分とする合金が－200℃でも形状記憶効果を示すことを発見し、さらに、この合金をアクチュエータとして組み込んだ機械式ヒートスイッチが－170℃で動作することを確認しました。低温下での高性能アクチュエータの実用化が期待されます。   本研究は、東北大学大学院工学研究科の佐藤駿介大学院生（当時）、大森俊洋教授、貝沼亮介教授、許皛准教授、同大学学際科学フロンティア研究所の許勝助教、岩手大学理工学部の戸部裕史准教授、宇宙航空研究開発機構（JAXA）宇宙科学研究所の澤田健一郎主任研究開発員と佐藤英一教授、国立天文台先端技術センターの東谷千比呂研究技師、東京都市大学総合研究所の中川貴雄特任教授、京都大学大学院工学研究科の荒木慶一教授の共同研究により実施されました。   本研究成果は、2025年7月16日18時（日本時間）に科学誌Communications Engineeringに掲載されました。 図：ニッケル（Ni）を加えたCu-16.9Al-13.4Mn-3.1Ni（原子%）合金板に引張り応力を与えた状態で冷却・加熱した際の歪み（ひずみ）の変化。冷却により伸長し、加熱により収縮する形状記憶効果が得られている。本実験で形状記憶効果が得られた最も低い温度は－200℃だった。このような低温域で形状記憶効果が得られたのは世界初。 【論文情報】 タイトル：Shape memory alloys for cryogenic actuators 著者：Shunsuke Sato, Hirobumi Tobe, Kenichiro Sawada, Chihiro Tokoku, Takao Nakagawa, Eiichi Sato, Yoshikazu Araki, Sheng Xu, Xiao Xu, Toshihiro Omori*, Ryosuke Kainuma *責任著者：東北大学大学院工学研究科 教授 大森 俊洋 掲載誌：Communications Engineering DOI：10.1038/s44172-025-00464-9 URL：https://doi.org/10.1038/s44172-025-00464-9 プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2025/07/press20250717-01-memory.html 東北大学 大学院工学研究科 https://www.eng.tohoku.ac.jp/news/detail-,-id,3282.html 岩手大学 https://www.iwate-u.ac.jp/cat-research/2025/07/006892.html 東京都市大学 https://www.tcu.ac.jp/news/all/20250717-65337/