学術的背景 ペロブスカイト材料は、太陽電池やその他の電子デバイスへの広範な応用により、非常に注目されています。その光学特性（たとえばバンドギャップや格子振動）は、化学組成を調整することで柔軟に制御することができます。ペロブスカイトの構造から光学特性を予測する研究は既に成熟していますが、光学データから化学組成を逆算して予測することは依然として難題です。この課題の解決は、ペロブスカイト材料の開発や生産の加速にとって重要な意味を持っています。特に大規模な工業生産においては、新材料の化学組成を迅速にスクリーニング・検証できれば、生産効率が大幅に向上します。 この課題に応えるため、研究者らは高スループット合成、高分解能分光技術、そして機械学習（特に人工ニューラルネットワーク, ANN）を組み合わせた革...

研究背景 近赤外（NIR）光は、生物医学分野において重要な応用価値を有しており、特に非侵襲的で高分解能のイメージングにおいて顕著です。近赤外光は生体組織を透過することができ、特定の波長（例えば800 nm）では、酸化ヘモグロビンと脱酸素ヘモグロビンに対して顕著な吸収差を持つため、近赤外光はバイオイメージングの理想的な光源となっています。しかし、既存の近赤外発光材料は、一般に外部量子効率（EQE）が低く、発光帯域幅が広いという問題があり、それにより信号対雑音比が低くなり、バイオイメージングへの応用を制限しています。 この課題を解決するために、研究者たちはレアアースイオン（例えばチュリウムイオン、Tm³⁺）を近赤外発光材料として活用する可能性を探り始めています。チュリウムイオンは鋭い発光ピークを...

学術的背景 生物発光技術（bioluminescence）は、外部光源を必要とせず、生体内でリアルタイムかつ高感度・非侵襲的なイメージングを可能にする技術です。ルシフェラーゼ（luciferase）は発光反応を触媒する鍵酵素ですが、天然のルシフェラーゼは、タンパク質の折り畳み不良、巨大な分子サイズ、ATP依存性、低い触媒効率など多くの限界を抱えています。これらの制約は、生物医学研究における生物発光技術の広範な応用を妨げてきました。近年、定向進化（directed evolution）などの方法で天然ルシフェラーゼを改良する試みも進められていますが、これらの限界を完全には克服できていません。 この課題を解決するため、研究チームは深層学習ベースのタンパク質設計手法を用い、de novo設計（fr...

学術的背景 太陽エネルギー変換分野において、分子触媒はその高い活性と構造の調整可能性により大きな注目を集めています。しかし、大多数の分子触媒は均一系条件下で作動しており、大規模かつ再利用可能な応用には適していません。したがって、分子触媒を固体基板上に固定化することが、より実用的な研究方向として重要視されています。一方、狭バンドギャップの無機半導体は、安定な可視光吸収材料として、光電気化学（PEC）において顕著な耐久性を示しています。分子触媒を光吸収半導体に固定化することは、水分解や二酸化炭素還元といった太陽エネルギー変換を実現する有望な手法と考えられており、これは分子触媒と半導体光吸収材料それぞれの利点を兼ね備えています。 しかし、既存の戦略では、多くの場合触媒と半導体間の電荷移動効率が十分...

合成化学の分野では、協同、タンデム、あるいは協力効果を実現するために異なる金属中心の数や位置を制御することが長年技術的課題となってきました。多核異種金属触媒は、その高い選択性やカスケード生産、特定の化学変換などの利点から大きな注目を集めていますが、その高い構造的複雑さのため、合成過程は極めて困難です。共有結合性有機フレームワーク（Covalent Organic Frameworks, COFs）は、周期的な分子配列とオープンな構造を持つ材料として、異金属触媒の合成に大きな可能性を示しています。しかし、従来型COFにおいては、機能ユニットがしばしばランダムに分布しているため、金属イオンのモジュール化や相互に関連する配置の実現が難しく、その触媒性能を制限していました。 この課題を解決するため、...

背景紹介 生きた細菌の生物医学分野での応用は近年、広く注目を集めています。伝統的に、細菌は病原体と見なされ、排除されるべき存在でした。しかし、現代細菌学の発展に伴い、細菌が人体と共生する複雑さや、治療、診断、薬物送達における独自の潜在能力が徐々に認識されるようになりました。化学工学は生物学的安全性の向上と治療効果の改善に革新的なアイデアを提供していますが、生きた細菌を活用した精密医療の全面的な応用は依然として大きな課題に直面しています。特に、生きた細菌が人体に入った後の運命、その生物学的プロセスの複雑さ、そして個別化治療の多様性は、解決が急がれる問題です。さらに、人工知能（AI）と機械学習（ML）技術の導入は、生きた細菌と人体の相互作用を設計・予測する新たな可能性を提供しています。 論文の出...

研究背景 天然产物（natural products）は長い間、薬物発見において重要な役割を果たしており、多くの生物活性を持つ化合物や薬物開発の基本原則を提供してきました。しかし、天然産物の合成研究は薬物分野に限定されるものではなく、材料科学における応用も次第に注目されています。特に光応答特性を持つ天然産物は、光スイッチ材料（photoswitching materials）や光応答液晶（photoresponsive liquid crystals）などの分野での潜在的な応用が期待されています。 Securingine Bは反熱力学的に安定な天然産物であり、その合成は長らく課題とされてきました。熱力学的により安定な異性体であるsecu’amamine Dと比較して、securingine ...

ニコチンはタバコの主な中毒性物質であり、脳内のドーパミン報酬系を活性化することで喫煙行動を促進します。ニコチンの中毒メカニズムは広く研究されていますが、脳内での具体的な作用経路、特に異なる神経回路を介して報酬と嫌悪反応を調節する仕組みについては、まだ多くの謎が残されています。近年、電子タバコの使用が世界的に急速に増加し、特に青少年の間で広がっていることから、ニコチン中毒の生理学的メカニズムを理解することがますます重要になっています。ニコチンは脳内のニコチン性アセチルコリン受容体（nicotinic acetylcholine receptors, nAChRs）に結合して作用し、これらの受容体は異なるαおよびβサブユニットから構成され、多様なヘテロまたはホモ五量体構造を形成します。研究による...

学術的背景 パーキンソン病（Parkinson’s Disease, PD）は、2番目に多い神経変性疾患であり、主な特徴として運動機能障害、ドーパミン作動性ニューロンの喪失、およびα-シヌクレイン（α-synuclein, α-syn）の異常な凝集が挙げられます。ほとんどのPD症例の原因は不明ですが、約5%-10%の症例は単一遺伝子の変異によって引き起こされます。SNCA遺伝子はα-シヌクレインをコードしており、常染色体優性遺伝性PDに関連する最初に発見された遺伝子です。SNCA変異は通常、若年発症型PDを引き起こし、その中でもA53T変異は最も頻繁に見られる点変異の一つです。しかし、α-シヌクレインがどのように神経変性を誘発するか、そのメカニズムはまだ明確ではありません。 オートファジー（...

研究背景 視覚システムは、哺乳類の脳の中で最も複雑な感覚システムの一つであり、その機能は複数の脳領域、特に視床（thalamus）と一次視覚野（V1）間の情報伝達に依存しています。視覚情報の処理は、光の強度、コントラスト、運動などの基本的な特徴の抽出だけでなく、複雑な自然シーンの中で複数の時空間的特徴を同時に処理する必要があります。これまでの研究では、視覚システムにおけるニューロン活動の多くの詳細が明らかにされてきましたが、自然視覚刺激下での神経振動活動、特に視床-皮質回路における視覚情報の動的符号化については、まだ多くの未解決の問題が残されています。 神経振動（neural oscillations）は、脳活動の重要な特徴であり、通常は局所場電位（local field potential...