大阪大学産業科学研究所の今井亜希子助教、千葉大地教授（兼 東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター センター長）らの研究グループは、荒木徹平准教授、関谷毅教授、同大学 超高圧電子顕微鏡センターの山﨑順教授らと共同で、フラッシュランプアニール（閃光熱処理）※3と呼ばれるミリ秒スケールの光パルスを用いた熱処理手法により、磁気メモリや磁気センサに用いられる代表的なスピントロニクスデバイスである磁気トンネル接合（MTJ）を、約1.7秒で実用的な性能に到達させることに成功しました（図1）。フラッシュランプアニールは半導体分野などで知られる技術ですが、本研究...

メタノールをエネルギー源として利用する酵母において重要な役割を担う酵素の立体構造を、クライオ電子顕微鏡を用いて高精度で解明しました。その結果、よく似た構造の2種類の酵素が環境に応じて異なる働きをする仕組みが明らかとなりました。カーボンニュートラル社会の実現に向けて、メタノールの効率的な資源化が注目されています。本研究では、より効率的なメタノール利用の鍵を探るため、メタノールで成長する酵母Ogataea methanolica におけるアルコールオキシダーゼ（AOD）という酵素に着目し、その構造と機能の違いをクライオ電子顕微鏡を用いて明らかにしました。AODには複数...

スマートフォンやセンサーなど、私たちの生活に欠かせない電子機器には、「リラクサー強誘電体（注４）」と呼ばれる極めて高性能な材料が使われています。しかし、なぜこれほど高い性能を発揮するのか、その根本的な理由は数十年もの間、物理学の大きな謎でした。東北大学、静岡大学、東京科学大学の研究グループは、最先端の4次元走査透過電子顕微鏡手法（4D-STEM）（注５）を用いて、代表的なリラクサー材料であるPMN（鉛マグネシウムニオブ酸）の内部をナノメートル単位で観察しました。その結果、温度が下がるにつれて「電気的な偏りを持つナノ領域」が成長し、ネットワ...

細菌の運動器官であるべん毛は、その構造と機能が菌種ごとに大きく異なります。国立健康危機管理研究機構（JIHS：ジース）国立感染症研究所 細菌第一部 小泉信夫 主任研究員らは、大阪大学 蛋白質研究所 川本晃大 准教授（国立研究開発法人 科学技術振興機構 さきがけ研究員兼任）、国立大学法人東北大学大学院工学研究科 中村修一 准教授らと、レプトスピラ症病原体であるスピロヘータ・レプトスピラがもつ特殊な「ペリプラズムべん毛」に着目し、被覆（鞘(さや)）タンパク質群が協調してべん毛の形状と力学特性を制御する仕組みを解明しました。遺伝子欠損株の解析とクライオ電子顕微鏡に...

東京大学先端科学技術研究センターの加藤英明教授と、京都大学大学院薬学研究科の井上飛鳥教授、明治大学理工学部の光武亜代理准教授、京都大学大学院生命科学研究科の角野歩准教授らによる研究グループは、ヒトの生理機能調節に深く関わり、創薬上重要な標的でもあるGタンパク質共役型受容体（GPCR）について、そのGタンパク質活性化メカニズムの詳細を明らかにしました。細胞 の表面には、ホルモンや神経伝達物質など外からの合図を受け取る「受容体」が並んでいます。なかでもGPCRは、痛み・血圧・食欲・精神機能など多様な生理機能を調節しており、現在使われる医薬品の多くがこのGPCRを標的とし...

北海道大学大学院理学研究院の常松友美准教授らの研究グループは、東北大学学際科学フロンティア研究所の佐栁友規学術研究員（研究当時）、奥村正樹准教授、韓国基礎科学研究所の李　映昊教授らとともに、アルツハイマー病の原因物質として知られる線維化アミロイドベータ（Aβ）が、マウスの睡眠と脳波活動（皮質オシレーション）に及ぼす影響が、線維化Aβの種類によって大きく異なることを明らかにしました。アルツハイマー病では記憶障害などの症状に加えて睡眠障害がしばしば報告されますが、その神経生理学的メカニズムは十分に解明されていませんでした。本研究では代表的な2種類の線維化Aβ（線維化Aβ1-40、線維化...

東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構の石川 亮 特任准教授、窪田 陸人 大学院生（研究当時）、川原 一晃 助教（研究当時、現：東北大学金属材料研究所 准教授）、二塚 俊洋 特任研究員、幾原 雄一 東京大学特別教授（兼：東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR） 教授）、柴田 直哉 教授による研究グループは、新規に開発した3次元電子顕微鏡法と理論計算を用いることにより、チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）基板に担持された白金ナノ粒子の3次元原子構造とその電子状態の解明に成功しました。SrTiO3基板に担持された白金ナノ粒子は、水分...

日産化学株式会社（本社：東京都中央区、代表取締役 取締役社長：八木 晋介、以下「日産化学」）と東北大学多元物質科学研究所の米倉教授（理化学研究所 グループディレクター）、濵口准教授、海原技術職員らの共同研究グループは、クライオ透過型電子顕微鏡（cryo-TEM）注1でAI制御により自動収集された数百枚規模の画像データの解析により、高塩濃度環境下でのナノ粒子の分散状態の新たな定量評価手法を開発しました。本成果は2026年2月4日付けで、米国化学会誌 ACS Measurement Science Au に掲載されました。本研究では、高塩濃度塩水中に分散させたシリ...

ステンレス鋼は高い耐食性を有していますが、海水などの塩化物水溶液にさらされる環境では、表面に腐食が生じることがあります。ステンレス鋼は一般的に、美観性・清浄性の向上を目的として、研磨による平滑化が施されますが、研磨後の表面粗さが大きいほど耐食性が低下するという課題が知られています。東北大学大学院工学研究科の王思奇大学院生、西本昌史助教、武藤泉教授は、粗い機械研磨によりステンレス鋼の耐食性が低下する要因を詳細に解析し、従来から指摘されていた不働態皮膜の厚さの不均一化だけではなく、MnS介在物の変形や鋼中への埋没といった形態変化が最も重要な要因であることを明らかにしました。本成果は、ス...

コンクリート製品の製造工程では、大量の固体廃棄物の発生およびCO₂排出という環境課題を抱えています。CO₂鉱物化は、廃棄物中の金属成分を炭酸塩として固定化することで、これらの課題を同時に解決できる有望な手法として注目されています。しかし、従来技術では薬剤の大量使用や廃水の発生といった課題があり、環境面・経済面の両面で実用化に向けた大きな障壁となっていました。東北大学大学院環境科学研究科の王佳婕（Jiajie Wang）助教、渡邉則昭教授、八戸工業高等専門学校の土屋範芳校長（東北大学名誉教授）らの研究グループは、コンクリート製品の製造現場に再生可能な環境調和型キレート剤を導入したCO...

深海底の熱水噴出孔では300˚Cを超える熱水が冷たい海水に噴き出し、硫化鉱物や硫酸塩鉱物からなる「チムニー」と呼ばれる柱状の構造が作られています（図1）。これまで、熱水と海水の化学的な違いによって電気が生まれる可能性は指摘されてきましたが、熱水の温度の役割はわかっていませんでした。東北大学大学院環境科学研究科の岡本敦教授らの研究グループは、伊豆・小笠原海域の深海底から採取したチムニー試料について、内部の構造や電気的な性質を詳しく調べました（図2）。その結果、チムニー形成初期には電気を通しませんが、チムニーが成長して成熟するにつれて、鉄や銅、鉛などを含む電気を通しやすい硫化鉱物が、熱...

2025年12月、島根大学大学院自然科学研究科の石田秀樹准教授らの国際共同研究グループは、走査電子顕微鏡（SEM）観察において、化学固定剤を一切使用せず、水のみを用いた凍結乾燥法によって微細構造を良好に保存した生物試料を観察可能にする新手法を開発し、国際学術誌『Scientific Reports』に論文が掲載されました。【図 1： アーティファクトのない高解像度 SEM 画像】化学固定なしで作製され...

半導体コロイド量子ドット＊１は、人工原子とも呼ばれる半導体の極微小な粒子で、太陽電池などの光電デバイス＊２の活性層として近年注目されており、これまでに光学的特性は比較的よく研究されてきました。一方で、コロイド量子ドットの電気的性質の研究は少なく、特に単一のコロイド量子ドットの電気伝導の評価は技術的に困難であるためほとんど行われておらず、解明すべき問題が数多く残されています。本研究グループは、２年前に半導体コロイド量子ドット１個を用いた単一電子トランジスタ（Single-Electron Transistor: SET）＊３...

東京大学大学院工学系研究科の石黒 健介 特任助教、鈴木 勉 教授らの研究グループは、大腸菌リボソームのペプチド転移反応活性中心（PTC）に、嫌気環境で特異的に導入される新たなRNAメチル化修飾を発見し、その生合成機構と嫌気環境への適応に果たす生理学的役割を明らかにしました。リボソームはタンパク質合成（翻訳）を担う巨大複合体で、リボソームRNA（rRNA）とタンパク質から構成されます。従来、リボソームは一定の組成と構造を持つと考えられてきましたが、近年、環境に応じてリボソームの構成要素の組成が変化し翻訳を最適化する「Specializedリボソーム」という概念が注目さ...

物体の変形（ひずみ）を電気信号として検出するひずみゲージは、土木や医療など非常に多くの分野で利用されています。ひずみゲージの高感度化・小型化・省電力化はIoT社会の高度化にとって重要な課題です。東北大学学際科学フロンティア研究所の増本博教授らの研究グループは、電磁材料研究所、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）、理化学研究所との共同研究により、金属ナノ粒子が絶縁体中に分散したナノグラニュラー材料が、現在広く利用されている金属箔ひずみゲージと比べ、約5倍の大きいゲージ率と約107倍の高い電気抵抗率を示すことを発見しました。...

国立大学法人東北大学（以下、東北大学）、一般財団法人光科学イノベーションセンター（以下、PhoSIC）及び国立研究開発法人日本医療研究開発機構（以下、AMED）は、11月11日より、3GeV高輝度放射光施設NanoTerasu（以下、NanoTerasu）のコアリションビームラインBL09Uにおいて、東北大学が中心となって整備を進めてきたタンパク質構造解析エンドステーション（以下、MX-ES）の運用を開始します。本MX-ESはタンパク質のような複雑かつ巨大な生体高分子の立体構造を原子レベルで決定することが出来るエンドステーションで、メールインによる完全自動測定と東北大学サイバーサイ...

東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構の幾原 雄一 東京大学特別教授（兼：東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）教授）、柴田 直哉 教授、フウ ビン 特任准教授、二塚 俊洋 特任研究員らのグループは、原子分解能電子顕微鏡法と理論計算（シミュレーション、注2）を駆使することにより、原子が結晶粒界を拡散（注4）する際の新しいメカニズムを明らかにしました。セラミックスを焼結する際には、さまざまな元素を添加することで、焼結の促進や、微細構造の制御が行われています。焼結の進行に伴い、添加元素が粒界を拡散することは知られていますが、これらの元素が粒界中のどの原子位置...

高圧物性計測技術の開発は惑星科学や物性物理学などの分野で重要です。これまでに、表面プラズモン共鳴により色づく金ナノ粒子の色の変化からアンビルセル内の物質の屈折率変化を計測する方法が、簡便で高感度な手法として提案されてきました。しかしながら、金ナノ粒子は柔らかいため、ある一定の圧力以上では大きく変形し、予期しない色の変化が起きてしまうという課題がありました。東北大学多元物質科学研究所の新家寛正助教と北海道大学低温科学研究所の木村勇気教授、鳥取大学工学部機械物理系学科の灘浩樹教授、東京大学大学院総合文化研究科広域...

CMOSイメージセンサー（CIS）は、スマートフォンやカメラ、自動運転技術、医療機器などに広く利用されている光電子変換デバイスです。その性能向上には微細な画素構造の解析が不可欠です。しかし、CIS内部にはシリコン（Si）やシリコン酸化物（SiO2）などの軽元素で構成された複雑な多層構造が存在し、従来の電子線を用いた手法では非破壊かつ高解像な三次元観察が困難でした。東北大学 大学院工学研究科の大川成大学院生、佐々木雄平大学院生、国際放射光イノベーション・スマート研究センターの石黒志准教授、高橋幸生教授らの研究チームは、3GeV高輝度放射光施設「NanoTeras...

学校法人関西医科大学（大阪府枚方市 理事長・山下敏夫、学長・木梨達雄）医学部医化学講座　清水（小林）拓也教授、寿野良二准教授、名古屋工業大学生命・応用化学類　片山耕大准教授、神取秀樹特別教授、京都大学大学院薬学研究科・東北大学大学院薬学研究科井上飛鳥教授（京都大学/東北大学）、明治大学理工学研究科　光武亜代理准教授、筑波大学国際統合睡眠医科学研究機構　斉藤毅准教授、大阪大学蛋白質研究所　加藤貴之教授らの共同研究グループは、ヒトκオピオイド受容体のバイアスドシグナリング機構を従来より詳細に解析し、新たにシグナル選択性に関与するアミノ酸残基を同定しました。詳しい研究概要は次ページ以降の別添資料を...

酸化亜鉛はその良好なスピン量子コヒーレンスや強い電子相関（注4）から、量子ビット（注5）を含めた量子デバイスへの応用が期待されています。これまで、酸化亜鉛において電界制御の単一量子ドットの形成等が確認されていましたが、量子コンピュータ（注6）等への応用に際しては、量子ドットの数を増やすことが課題とされてきました。東...

東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構の幾原雄一東京大学特別教授（兼：東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）教授）、柴田直哉教授、石川亮特任准教授、二塚俊洋特任研究員らのグループは、名古屋大学の松永克志教授、横井達矢准教授と共同で、原子分解能電子顕微鏡法と理論計算（シミュレーション、注2）により、原子が結晶粒界に沿って高速拡散（注4）する機構を明らかにしました。セラミックスの多結晶体に極微量の添加元素を導入すると、さまざまな材料物性の性能を向上させることができます。これまでに、結晶粒界が添加元素の高速拡散経路であることは知られていましたが、原子レベルでの...

理化学研究所（理研）放射光科学研究センター生体機構研究グループの川上恵典研究員、米倉功治グループディレクター（最先端研究プラットフォーム連携（TRIP）事業本部理研－JEOL連携プロジェクト副プロジェクトディレクター、東北大学多元物質科学研究所教授）、熊本大学産業ナノマテリアル研究所の小澄大輔准教授、同大学院自然科学教育部の板東（魚谷）未希博士後期課程学生、木田雅俊博士前期課程学生（研究当時）、廣田悠真博士前期課程学生（研究当時）、同大学理学部理学科物理学コースの加藤善大学士課程学生（研究当時）、豊橋技術科学大学応用化学・生命工学系の広瀬侑准教授の共同研究グループは、太陽光エネルギーを高効率...

ゴム材料は自動車用タイヤをはじめ様々な製品に使用される基幹材料であり、その耐久性向上に基づくゴム製品の長寿命化や省資源化が求められています。多くのゴム材料は、大きく変形させるとその内部でゴムの分子鎖が引き伸ばされて整列する伸長結晶化が起こり、硬く切れにくくなります。このゴム材料の自己補強特性は耐久性に優れた材料の設計に不可欠な要素です。しかし、伸長結晶化はナノメートルスケールの現象であり直接観察が困難であることから、材料の補強につながる仕組みについては詳しくわかっていませんでした。東北大学 多元物質科学研究所の陣内浩司教授、宮田智衆准教授、渡邉大介大学院生（研究当時、同大学 大学院...

電子部品を基板に固定して回路を作る電子実装技術は、半導体を含む電子デバイス製造に欠かせない基盤技術です。近年、デバイスの多機能化・高機能化に伴い、異種材料をつなぐ接合技術の重要性がますます高まっています。東北大学大学院工学研究科の日暮栄治教授らの研究グループは、産業技術総合研究所ハイブリッド機能集積研究部門異種デバイスパッケージング研究グループの倉島優一研究グループ長らと共同で、低荷重で塑性変形し低温でも強固に接合できるAu中空マイクロバンプを新たに開発しました。具体的には、表面活性化接合（注...

タンパク質などの構造を調べる際、試料を急速凍結した後、液体窒素で極低温を維持したまま観察できるクライオ電子顕微鏡を用いることによって、電子線照射による損傷が抑えられ、溶媒中あるいは溶媒を含んだ状態における試料の本来に近い姿を捉えることが可能です。この技術は、生体分子や細胞などの生物試料の観察や構造解析に広く利用されています。近年では、生物試料にとどまらず、非生物試料や生物-非生物ハイブリッド試料の観察にも利用が広がっています。東北大学多元物質科学研究所の海原大輔技術職員（同大学事業支援機構 総合技術部 分析・評価・観測群）、佐藤庸平准教授、濵口祐准教授...

免疫細胞を利用してがん細胞を攻撃するがん治療抗体の中でも、がん細胞と免疫細胞の抗原を同時に認識し、両細胞を架橋することで強力な免疫応答を誘導する「二重特異性抗体」は、次世代のがん治療法として注目されています。同じ抗体でも設計の違いによって活性が大きく異なることがこれまで、しばしば報告されてきましたが、その理由は分かっていませんでした。今回、東北大学の田中良和教授、東京農工大学の浅野竜太郎教授、山形大学の真壁幸樹教授らの研究グループは、クライオ電子顕微鏡を使って二重特異性抗体が細胞同士をどのように架橋するかを立体的に捉え、設計の違いによって抗がん活性が100倍以上上昇するメカニズムを...

植物は、気孔の開閉を通じて水分の蒸散を調節し、乾燥や病原菌などの環境ストレスに応答しています。気孔の開閉は、2つの孔辺細胞の膨張と収縮によって生じ、この膨圧変化は細胞内の主要元素であるK+の濃度に依存しています。K+の細胞内外への移動は、細胞膜に存在するK+チャネルによって制御されており、その働きが気孔の開閉に重要な役割を果たしています。東北大学を中心とした国際共同研究チームは、K+チャネルの一種であるGORKの分子構造をクライオ電子顕微鏡（Cryo-EM）（注3...

光合成生物は、動物が吐き出した二酸化炭素を光エネルギーを使って糖に変換します。光合成生物が効率よく光エネルギーを吸収する仕組みの解明は、地球温暖化の緩和にもつながります。光合成での光エネルギーを集める役割を担っているのはアンテナタンパク質と呼ばれるタンパク質です。光を効率よく吸収するために、多数のアンテナタンパク質が結合して大きな塊となることが知られていましたが、実際の細胞中でどの程度の数のタンパク質が結合しているのかは分かっていませんでした。東北大学大学院理学研究科の柴田穣准教授を中心とした研究グループは、独自に開発した顕微鏡技術により、藻の一種クラ...

次世代の形状記憶合金として期待されるCu-Al-Mn系形状記憶合金は、原料が安価で加工しやすく、良好な超弾性を発現することから、耐震用構造材料や医療用デバイスなど幅広い分野での応用が期待されています。近年、この合金を単結晶化すると大きな形状回復を示すことが報告されていましたが、そのメカニズムは明らかとなっていませんでした。長崎大学大学院総合生産科学研究科の赤嶺大志准教授（前九州大学大学院総合理工学研究院 助教）と、九州大学大学院総合理工学府修士2年の高松凌氏（研究当時。現株式会社デンソー）、九州大学の西田稔名誉教授、東北大学学際科学フロンティア研究所の許勝助教、東北大学大学院工学研...

ステンレス鋼は高い耐食性を有していますが、海水などの塩化物水溶液にさらされるなどの環境下では、表面の一部に腐食が発生することがあります。耐食性を向上させるためには、腐食の発生起点を正確に特定することが不可欠ですが、従来の手法では、腐食が進行すると起点部分が完全に溶解してしまい、どこで腐食が始まったのかを突き止めることが困難であるという課題がありました。東北大学大学院工学研究科の西本昌史助教、氏原幸太大学院生、武藤泉教授は、ステンレス鋼表面に存在するサブミクロンの腐食の起点を特定できる手法を開発しました。ステンレス鋼に微弱な電流を流し、腐食発生の確認後に速やかに電流を遮断することで、...

排熱から発電できる熱電材料は、低炭素社会を実現するための有望な材料として注目されています。これまでに様々な材料が開発されていますが、その中でも埋蔵量が多く毒性の低い元素からなるマグネシウム・錫化合物（Mg2Sn）は、自動車排熱や産業排熱を利用する熱電発電デバイスを視野に注目されています。東北大学大学院工学研究科 応用物理学専攻の黄志成助教と林慶准教授は、中国・清華大学の李敬鋒教授の研究グループと共同研究を行い、これまでの研究で単結晶作製に成功し、特性について研究を重ねてきたMg2Snについて、単結晶が電気をよく流し熱は流しにくいという2つ...

私たちの健康維持に重要な働きを担う短鎖脂肪酸は、食物繊維が腸内細菌によって分解されることで作られる物質です。この短鎖脂肪酸は、私たちの腸や脂肪組織、膵臓、免疫細胞の細胞膜上に存在する短鎖脂肪酸受容体（FFA2）を介して、代謝や免疫の制御など、様々な生理作用を引き起こします。近年、FFA2は生活習慣病や炎症性腸疾患の治療標的として大きな注目を集めており、すでに複数の治療薬候補化合物が開発され、一部は臨床試験にも進んでいます。しかし、FFA2がどのように短鎖脂肪酸を選択的に認識し、またFFA2を標的とするこれら開発薬がどのようにその機能を制御するのかは不明でした。...

マイコプラズマ属細菌の一つで淡水魚の病原菌であるマイコプラズマ・モービレは、菌体の片側にある"滑走装置"を用いて宿主組織の表面にはりつき、滑るように動く"滑走運動"を行います。大阪公立大学大学院理学研究科の宮田 真人教授、豊永 拓真助教（研究当時、現在 東北大学多元物質科学研究所 助教）らと大阪大学大学院生命機能研究科日本電子YOKOGUSHI協働研究所の難波 啓一特任教授（常勤）、理化学研究所の川上 恵典研究員、東北大学多元物質科学研究所の濵口 祐准教授らの共同研究グループは、大阪大学のクライオ電子顕微鏡※1を用いて、滑走運動の装置を構...

横浜市立大学大学院生命医科学研究科の禾 晃和准教授らの研究チームは、大阪大学蛋白質研究所、京都大学医生物学研究所、東北大学大学院医学系研究科との共同で、細胞膜の中で働く特殊なタンパク質分解酵素RsePが基質となるタンパク質を結合した状態の立体構造を明らかにしました。今回の研究により、RsePの内部に取り込まれた基質タンパク質は、しっかりと固定（ヘッドロック）され、引き伸ばされた状態で切断されることが明らかになりました（図1）。切断の仕組みを詳しく調べていくことで、将来的には、細菌の感染や増殖を抑える薬剤の開発につながることが期待されます。　本研究成果は、「Science Adva...