21世紀はライフサイエンスの時代と言われています。高齢化、ストレスなどにより増えた癌、脳疾病、アレルギーといった病気の解明。地球環境保全の観点からも、バイオエネルギーの開発、化学物質に依存しない生物農薬、安全な食品の開発などが課題になっています。このような背景のもと、応用生物学域ではこれらの課題を解決できる知識、技能、判断力を備えた高度技術者・研究者ScienceTeam
 今日、汎用の身近な物質や材料から最先端科学を支える物質や材料、エネルギーの生産・貯蔵・輸送を担う物質や材料、環境に優しい物質や材料、さらには生体分子など生命とつながりをもつ物質や材料の革新が、物質科学、材料科学さらには生命科学の発展に必要不可欠なものとなっています。そして、それらの科学領域が相互に結びついて、私たちの社会生活を支えるナノテクノロジー、インフォメーションテクノロジー、バイオテクノロジー、環境テクノロジーが発展しています。このような背景の下、本学域では、先端の科学技術や物質・材料について広い視野をもち、次世代の物質・材料の探究・開発ScienceTeam
 工学は、数学や物理学、化学、生物学などの基礎理論や自然原理の理解をもとに、社会に役立つ事物や安全で快適な環境を設計し構築することを目的とする学問です。グローバル化と都市化が進み、資源やエネルギーの問題、地球温暖化、超高齢化社会などの課題が顕在化しています。工学はこれらの課題解決のためにその重要性を増しています。社会に役立つ事物や安全で快適な環境を企画・設計するためには、課題を発見し目的を明確にする必要があります。要求されている事項を理解せずには前に進めません。実際に事物や環境を構築するには、どんな方法が使えるかを知ることや、原理的な限界を理解しておくことが重要です。さらにその方法が最善のものか、むやみに複雑化していない自然な方策であるかという問いかけを自らに課さなければなりません。そのためには様々なことを学び理解し、その知識を駆使して総合的に判断する能力を身につけなければなりません。設計工学域では事物や環境を構築するための具体的な手法を修得し、有用さや安全性、快適さの視点で総合的な判断ができる技能をもつ高度専門技術者ScienceTeam
 世界的に活躍するデザイナーが指導する研究ユニットでの連携プロジェクトなど、段階的により大きな異分野混合チームワークを経験させることで、国際的に活躍できるトータルなデザイン能力（デザイン、ビジネス、テクノロジー、キュレーションの専門的知識を融合することで新しい価値を創造する能力）デザイン科学ScienceTeam
国際的な競争力のある建築家、建築技術者、都市プランナー、修復建築家等の高度な都市・建築専門家ScienceTeam
現在繊維は、衣料分野はもとより、医療、繊維複合材料として建築、航空機さらに環境に配慮した材料など、広範囲な産業分野で使われています。繊維学域では、繊維に関係する産業分野での応用展開および新規開拓に関する教育・研究を進める繊維学域ScienceTeam
 

TEAM SCIENCE

 

 

NEDOと共同研究Team Scientists　

　藻類による二酸化炭素固定とバイオマス燃料生産

 

地球温暖化の原因とされる二酸化炭素（CO2）は、海中の海藻や海洋生物によっても吸収されている。

陸上の森林などによって吸収される炭素を「グリーンカーボン」と呼ぶが、海洋の生態系に取り込まれた炭素は、2009年の国連環境計画（UNEP）の報告書で「ブルーカーボン」と命名された。

そのブルーカーボンが、いま地球温暖化防止に向けた有力なCO2の吸収源として世界的な注目を集めている。

2013年の気候変動に関する政府間パネル（IPCC）で報告された研究では、人類の活動で排出されたCO2の総量のうち、森林などに吸着されたものは12％に過ぎない。一方、海藻や海洋生物によって吸着されたCO2は31％にも達している。

海洋より陸上での吸着率が少ないのは、森林は火災にあったり、枯れて微生物に分解されたりすると、吸収したはずのCO2が大気中に戻ってしまうからだ。一方海洋では火災がなく、枯れた藻類は大気から遮断された海底に堆積するので分解されにくい。すると、場合によっては、数千年単位で炭素を含んだ有機物のまま貯蔵され続けるからだと言われている。

海洋でも陸上でも吸着されなかった残りの57％のCO2が大気中に留まり、温室効果の原因となっている。そこで、海洋生態系によるCO2の吸収をどうにか増やせないかという試みが世界中で始まっているのだ。

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中国科学院と共同研究Team Scientists　

機械学習（ML）技術を活用した新しい方法を使うと、有用な微細藻類とその機能の発見を加速させ、 二酸化炭素を高価値の分子に変換することができる。中国科学院の青島バイオエネルギー・バイオプロセス技術研究所（QIBEBT、青島能源所）の研究者たち

　小さくても惑わされてはいけない。微細藻類は小さく、簡単な単細胞の微生物であるかもしれないが、様々な形を取り、それぞれが気候変動などの社会問題に対処する上で大きな影響を与えることのできる多様な働きをする。

　植物が二酸化炭素を吸収して糖を合成するのと同様に、微細藻類の代謝活動も自然の中で二酸化炭素を他の化合物に変換し、食品、燃料、医薬品の生産に役に立ってくれる。

　複数のコミュニティがカーボンニュートラルを達成する方法を模索している。そのような中で、微細藻類の機能を利用して、さまざまな化学プロセスや製造プロセスを通じて炭素排出量を削減できるかもしれない。しかし、地球には何百万もの微細藻類が生息しているため、科学者はどの種が最も効率的に炭素をリサイクルするのかまだ分かっていない。

　微細藻類の特徴と代謝活動を正確に特定しようと、多くの研究所が微細藻類の細胞培養を行い増殖させている。だが、このプロセスは時間がかかり、退屈なものである。QIBEBTのチームは、顕微ラマン分光法と呼ばれる化学分析技術とMLに基づくコンピューティングフレームワークを組み合わせて、微細藻類の研究を加速する方法を開発した。

　顕微ラマン分光法を使うと、微細藻類とその細胞内化合物は、化学構造と分子相互作用に応じて、入ってくる高強度の光を散乱させる。散乱したラマン光波は信号のスペクトルにまとめられ、それぞれのセルファクトリーの機能を明らかにし、2種類のイメージング画像が作成される。1つは色を出す分子からのもので、もう1つは他のすべての化合物からのものである。

　ほとんどの顕微ラマン分光法は2つのイメージング画像のうち1つだけを使うが、チームはラマン分光法の画像を組み合わせて微細藻類の代謝に関する詳細な情報を引き出し、9,000を超える細胞からラマンスペクトルのデータベースを構築した。

　システムはMLアルゴリズムを使用してデータからパターンを迅速に抽出し、この精度は過去に培養された微細藻類と比較して、種とその代謝活動を何と97％という精度で識別したことが確認された。

　一方、研究者たちは培養されていない微細藻類についてゲノム配列決定技術を使って戦略を補い、一度に1細胞ずつ種のDNAを分析した。高品質のシーケンスとMLの機能を活用して各微細藻類細胞の分子世界を分析し、多くのデータがシステムに入るにつれ、学習し改善することができた。

「この包括的アプローチは、培養されたものであってもされていないものであっても、単一細胞を迅速に同定して代謝プロファイリングすることができます。微細藻類セルファクトリーの採取とスクリーニングを大幅に加速してカーボンニュートラルを達成することができます」と、中国科学院研究チームは述べた。

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