学術的背景 世界的な水資源とエネルギーの不足は、特に乾燥地帯や遠隔地で深刻であり、気候変動の悪化によりその問題はさらに緊急性を増しています。伝統的な水資源やエネルギーの確保方法、例えば海水淡水化や大規模な電力送電は、コストが高く、技術的に複雑で、資源が乏しい地域では実施が困難です。そのため、大気中から直接水分を収集し、それを清潔な水とエネルギーに変換する持続可能な技術の開発が、現在の研究の焦点となっています。大気水分収集（Atmospheric Water Harvesting, AWH）技術は、自然界の露や霧を利用して、乾燥地帯や遠隔地に清潔な水資源を提供し、従来の集中型システムへの依存を減らす分散型の解決策を提供します。しかし、AWH技術をエネルギー生成、特に電気分解による水素と酸素の生...

学術的背景 電子機器の普及に伴い、電磁妨害（Electromagnetic Interference, EMI）による人体の健康や機器の寿命への悪影響が顕著になっています。伝統的な金属ベースの電磁シールド材料は高い導電性を持っていますが、剛性が高く加工性が低いため、ウェアラブル機器のニーズに対応できません。そのため、柔軟性、耐久性、カスタマイズ性を備えた電磁シールド材料の開発が研究の焦点となっています。導電性ポリマーであるポリピロール（Polypyrrole, PPy）は、良好な導電性、熱安定性、低毒性を持つことから、理想的な電磁シールド材料と見なされています。しかし、既存の電磁シールド材料は耐久性と大規模生産の面で課題があり、産業化が妨げられています。本研究では、新たな粒子流紡糸技術を用い...

学術的背景 傷口感染は、世界中の患者や医療専門家にとって重要な問題であり、特に深刻な傷を扱う際に不適切な包帯は感染リスクを高め、治癒時間を延長し、さらには死亡率の上昇や経済的負担を引き起こす可能性があります。従来の包帯、例えばガーゼやバンドエイドは広く使用されていますが、多くの制約があります。例えば、ガーゼは過剰な出血を引き起こす可能性があり、手などの部位の動きを制限する一方、バンドエイドは通気性がなく、発汗後に傷口が湿りやすく、感染リスクを高めます。したがって、感染を効果的に防止し、良好な通気性、伸縮性、防水性を備えた新しい包帯の開発が現在の研究の焦点となっています。 近年、ナノファイバーやマイクロファイバー膜はその柔軟性と優れた変形能力から、傷の修復において大きな可能性があると考えられて...

学術的背景 スマートウェアラブルデバイスの急速な発展に伴い、圧力センサーはコアコンポーネントとして、健康モニタリング、ヒューマン・マシン・インタラクション、人工知能などの分野で広く注目されています。圧力センサーはそのセンシング原理に基づいて、主に容量式、圧電式、摩擦電気式、圧抵抗式などに分類されます。その中でも、圧抵抗式圧力センサーは構造が単純で感度が高く、製造コストが低いため、研究のホットスポットとなっています。しかし、高感度を実現しながら検出範囲を拡大することは、圧抵抗式センサーの実際の応用における大きな課題です。 グラフェンはその優れた導電性、高い比表面積、卓越した機械的強度により、センサーフィールドで優れた性能を示しています。しかし、グラフェンは実際の応用において、その機械的および電...

学術的背景 グリーンエネルギーに対する世界的な需要の高まりに伴い、燃料電池や金属空気電池はその高いエネルギー密度から、エネルギー変換と貯蔵の有望な解決策と見なされています。しかし、これらの技術の商業化は、カソードにおける酸素還元反応（Oxygen Reduction Reaction, ORR）の遅い反応速度によって制限されています。現在、白金（Pt）とその合金は、効率的な4電子プロセスと優れた触媒性能により、最も効果的なORR電極触媒とされています。しかし、Ptの希少性と高コストのため、非貴金属や金属フリーの電極触媒を探求することが研究の焦点となっています。 炭素系材料は、その高い導電性、低コスト、耐腐食性から、有望な代替材料とされています。しかし、Pt系触媒と比較して、炭素系材料は同様の...

学術的背景 地球温暖化ガスの排出が増え続けるにつれ、環境温度が上昇し、人間は極端な気候による健康と生産性への潜在的な脅威に直面しています。特に夏場、エアコンや扇風機などの冷房機器の広範な使用により、エネルギー消費が急増し、温暖化ガスの排出がさらに悪化しています。統計によると、夏の冷房設備は現在、世界の二酸化炭素排出量の40％を占めており、2050年までに50％に上昇すると予測されています。また、寒い環境も人間の生命を脅かします。例えば、2021年の甘粛省白銀マラソン事件では、極端な天候により多数の死者が出ました。そのため、外部エネルギーを必要とせずに人体の熱と湿度のバランスを調整できる持続可能でゼロエネルギー、ゼロエミッションのスマートテキスタイルの開発が、現在の研究の焦点となっています。 ...

多層勾配MgO/MgCO₃/PCLナノファイバー膜を用いた末梢神経再生に関する研究 学術的背景 末梢神経欠損は臨床において一般的な複雑な整形外科的問題であり、既存の治療法の効果は限定的です。神経足場内におけるシュワン細胞（Schwann cells）の増殖不足と機能障害は、神経修復効果に影響を与える重要な要因です。マグネシウムイオン（Mg²⁺）は末梢神経再生において重要な役割を果たしますが、従来のマグネシウム含有生体材料ではマグネシウムイオンの放出が速すぎるため、神経再生の中後期において持続的な効果を発揮することが困難でした。さらに、マグネシウム含有神経足場が末梢神経再生を調節する分子メカニズムは未だ明確ではありません。したがって、マグネシウムイオンを持続的に放出できる神経足場材料を開発し、...

学術的背景 情報時代において、電磁波（EMW）の広範な応用は、通信、医療、ナビゲーションなど複数の分野での画期的な進展をもたらしました。しかし、電子機器の普及に伴い、電磁波干渉（EMI）の問題が深刻化しており、精密機器の正常な動作に影響を与えるだけでなく、人体の健康にも潜在的な脅威をもたらす可能性があります。そのため、効率的な電磁波吸収材料の開発が現在の研究の焦点の一つとなっています。従来の電磁波吸収材料は、吸収帯域が狭く、反射損失が高いなどの問題があり、現代の通信機器が求める効率的な電磁ステルスと信号伝送のニーズを満たすことが困難でした。 この問題を解決するために、研究者たちは多成分複合材料と微細構造工学の観点から、新しい電磁波吸収材料の設計に着手しています。その中でも、コアシェル構造（c...

超弾性フェニルアラニンジペプチド結晶繊維のウェアラブルおよびインプラント可能なバイオエレクトロニクスへの応用 背景紹介 柔軟なバイオエレクトロニクスの急速な発展に伴い、高い弾性、通気性を持ち、人体と共形変形を実現する圧電材料とデバイスの開発が重要な研究課題となっています。従来の無機圧電セラミック（酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛など）は高い圧電係数を持っていますが、人体組織との機械的特性が一致しないため、実際の応用が制限されています。有機圧電ポリマー（ポリフッ化ビニリデンやポリ乳酸など）は良好な生体適合性を持っていますが、圧電効果が弱く、伸縮性も限られています。そのため、高い圧電性能を維持しつつ、良好な弾性、通気性、生体適合性を兼ね備えた材料の探索が現在の研究の焦点となってい...

ポリイミド繊維表面修飾による靭帯-骨癒合促進の研究 学術的背景 前十字靭帯（Anterior Cruciate Ligament, ACL）損傷は、世界的に見られるスポーツ傷害の一つであり、毎年約1/1250の人がACL再建手術を受ける必要があります。現在、ACL再建の主な方法には自家移植と他家移植がありますが、これらの方法には免疫拒絶やドナー部位の合併症などの問題があります。人工靭帯、特に非分解性のポリマー材料は、優れた機械的強度と術後の回復の速さなどの利点から、臨床的に重要な選択肢となっています。しかし、既存の人工靭帯材料であるポリエチレンテレフタレート（Polyethylene Terephthalate, PET）は骨再生における生物活性が不十分であり、線維性被膜の形成を引き起こし、...