産業科学研究所・工学研究科 定例記者発表を開始

第１回：12月4日（月）15：00～＠中之島センター

　　　　　　　　　　　　　2023年11月22日
 

 
- 第１回発表者 –
遠隔操作も可能に！自動化トランススケールスコープ
産業科学研究所・先導的学際研究機構
永井 健治　栄誉教授

 
多色発光するカドミウムフリー量子ドット
大学院工学研究科
上松 太郎　准教授

 
＜概要＞
　大阪大学の産業科学研究所（以下、産研）および大学院工学研究科（以下、工学研究科）は、研究成果の積極的な情報発信によるパブリシティの向上を目的として、両部局合同による「大阪大学 産研・工学研究科 定例記者発表」を、今後２か月に１度のペースで開催いたします。
　第１回目となる今回は、生命科学研究のDX(BioDX)を牽引する旗艦装置となる自動化トランススケールスコープのプラットフォーム開発および、2023年のノーベル化学賞においても注目された量子ドット分野の最新研究とも言えるカドミウムフリー量子ドットの研究成果を発表させていただきます。

　今後の定例記者発表では、特定の分野に縛られることなく「産業に必要な自然科学の基礎と応用」の研究を実践している産研と、約170の研究室を擁し、工学のあらゆる分野を網羅している工学研究科がタッグを組み、社会課題解決につながる最新の研究成果を今後リアルタイムでお届けします。定期的な開催により報道関係者の皆様に気軽にご参加いただき、様々な研究や取組に触れていただくとともに、多分野にわたる両部局の教員・研究者をご紹介させていただくことで、新たな相互関係構築のきっかけを創出することも目的としています。

＜遠隔操作も可能に！自動化トランススケールスコープ＞
　登壇者：産業科学研究所・先導的学際研究機構　永井　健治　栄誉教授
（専門領域：生物物理学、バイオイメージング、バイオテクノロジー）

【研究成果のポイント】
▪️0.01%以下しか存在しないユニークな性質を持つ細胞や生命現象の検出を実現する光イメージン
グ装置が大進化。ロボットアームが備わり、遠隔操作が可能に
▪️得られた巨大画像データをデータベース化し、取得・保存・管理・利活用するプラットフォームを整備
▪️AI・ビッグデータの活用による生命科学研究のデジタルトランスフォーメーション(BioDX)を牽引

＜概要＞
　大阪大学産業科学研究所の永井　健治教授、先導的学際研究機構の市村垂生特任准教授らの研究グループは自動化トランススケールスコープを開発し、理化学研究所の大浪修一チームリーダーらの研究グループと共同で巨大画像データを取得・保存・管理・利活用するプラットフォームを整備しました。
　今回開発した自動化トランススケールスコープは2021年に発表した装置（AMATERAS）を進化させ、さらにオートメーション化し、遠隔操作機能も装備しました。AI・ビッグデータの活用による生命科学研究のデジタルトランスフォーメーション(BioDX)を牽引する旗艦装置として、基礎生物学研究はもとより、疾患リスク予測や新薬開発などの医学、薬学分野、さらには新しい育種法の開発や微生物を活用した有用物質生産など、農業やバイオマテリアル産業への波及も期待されます。
　2024年1月より共同利用機器としての利用を開始する予定です。

旗艦バイオイメージング装置としてBioDX研究を加速する自動化トランススケールスコープAMATERAS（左）とウズラ胚の3次元トランススケールイメージング例（右）

＜多色発光するカドミウムフリー量子ドット＞
　登壇者：大学院工学研究科　上松　太郎　准教授
（専門領域：ナノテク・材料，ナノ材料科学）

【研究成果のポイント】
▪️3種類以上の元素からなり、カドミウムを含まず、色鮮やかに発光する量子ドット蛍光体を効率的に製造するための新たな合成ルート開発に成功した
▪️正確な組成変化により、緑から赤までの発光色変化に成功し、各発光色できわめて高い色純度を実現
▪️色鮮やかな液晶ディスプレイ実現に繋がり、電流により直接発光を得る「量子ドットLED」も開発中

＜概要＞
　大阪大学大学院工学研究科の上松太郎准教授、桑畑進教授らのグループは、名古屋大学工学研究科の鳥本司教授、ＮＨＫ放送技術研究所との共同研究により、鮮やかな緑色と赤色に発光する量子ドット蛍光体を開発しました。量子ドットは、単色性の高い鮮やかな発光を示すことを特徴とし、その基礎開発が今年のノーベル化学賞にも選ばれ、注目を浴びている研究分野です。開発当初の量子ドットは、毒性の高いカドミウムやセレンを含んでおり、環境や健康への影響が懸念されることから、代替材料の開発が進められてきました。最近では「リン化インジウム」が液晶や有機ELディスプレイの波長変換部へ搭載されていますが、性能は十分なものとは言えません。
　「多成分系」と呼ばれる別の種類のカドミウムフリー量子ドットの研究を行っていた同グループは２０１８年、その1つである「硫化銀インジウム量子ドット」に、これまで検討されたことのなかった「硫化ガリウム」の殻（シェル）を被せ、大幅な発光の単色化に成功しました。しかし、それぞれ異なる反応性を有する３種類以上の元素を狙った組成でナノ粒子化するのは極めて困難であり、材料合成面での課題を抱えていました。
　 上松准教授らは、硫化銀を核としてナノサイズの結晶の組成を順に変換する合成ルートを新たに開発し、反応の効率化を達成し（図１）、この成果により、狙った元素組成で均質なナノ粒子を造ることが可能になりました。得られたナノ粒子の表面を硫化ガリウムシェルで被覆したところ、スペクトル幅30nmの緑色発光が得られ、同じカドミウムフリー量子ドットであるリン化インジウムのスペクトル幅 （35nmから45nm） よりも狭く、 開発した量子ドットがリン化インジウムよりも優れた単色性
を示し、ディスプレイへの利用に適していることが明らかになりました。
　さらに、合成に用いる原料の組成を変えることや、新たに銅を導入することによって、内側のコア部分の組成を変化させ、緑から赤までの連続的な発光色変化を実現しました（図２）。

 

図１： 硫化銀を核としてナノサイズの結晶を順番に変換することで、造りやすさと性能の両方を改善し、量産化・実用化に近づいた。
 
　
　
図２：コア部分の組成を変化させることで、緑から赤までの発光色を実現。３種類のカドミウムフリー量子ドットはいずれも強く鮮やかに発光し、量子ドットLEDの研究も進行中。 

 
　現在これらの材料を有機ELの発光部に導入した「量子ドットLED」の開発にも取り組んでおり、これまでより一層鮮やかなディスプレイの実現に近づいています。