今月の科学系ニューストピックス
新しくかつ希望的なサイエンスニュースをお届けするコーナーです。
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今回のお題は三つ用意しました。まず始めは、
Unbroken: パンクしても壊れない新しいソフトエレクトロニクス
上記のタイトルは発表以来、各界から注目を集めている話題のニューテクノロジーです。いま多くの人がはこの進歩に興奮しており、これらの材料が新しいソフトテクノロジーの重要な構成要素になることを期待しています」
それはどのようなものでしょうか？
伸び縮みし、ダメージを受けても、通話できるスマートフォンが欲しいと思いませんか？
バージニア工科大学の機械工学科とMacromolecules Innovation Instituteの研究チームは、新しいタイプのソフトエレクトロニクスを開発しました。この皮膚のような回路は、柔らかくて伸縮性があり、負荷がかかっても電気伝導性を失うことなく多くの損傷に耐えることができ、製品の寿命が尽きたときには新しい回路を生成するためにリサイクルすることができます。
マイケル・バートレット助教授率いる研究チームは、このたび、ネイチャーリサーチ社のオープンアクセスジャーナルであるCommunications Materialsに研究成果を発表しました。
現在の携帯電話やノートパソコンなどの消費者向け機器には、硬い素材が使われており、そこにははんだ付けされたワイヤーが通っています。
バートレット教授のチームが開発したソフト回路は、これらの柔軟性のない材料を、ソフトな電子複合材料と電気伝導性のある微小な液体金属の液滴に置き換えたものです。このソフトエレクトロニクスは、数年前には不可能だったレベルの耐久性をガジェットに与える、急速に発展している技術分野の一つです。
液体金属の液滴は、まず、電気的に絶縁された個別の液滴として、ゴム状ポリマーの一種であるエラストマーの中に分散される。
「回路を作るために、エンボス加工というスケーラブルな手法を導入しました。これにより、液滴を選択的に接続することで、調整可能な回路を迅速に作ることができます」とポスドク研究員で筆頭著者のRavi Tutikaは語ります。「その後、液滴を局所的に分解して回路を作り直したり、回路を完全に溶解してすべての接続を解除して材料をリサイクルし、最初からやり直すこともできます」とも述べています。
回路は皮膚のように柔らかく柔軟で、極度のダメージを受けても機能し続けます。この回路に穴を開けても、金属の液滴は電力を伝達することができます。従来の電線のように接続を完全に切ってしまうのではなく、液滴が穴の周囲で新たに接続して電気を流し続けるのです。
また、回路が伸びても電気的な接続は失われません。研究チームは、研究期間中にデバイスを元の長さの10倍以上に引き伸ばしても故障しませんでした。
製品の寿命が尽きると、金属滴やゴム状の素材は再加工されて液体に戻され、事実上のリサイクルが可能になります。この方法は、持続可能なエレクトロニクスへの道筋を示すものです。
伸縮性のあるスマートフォンはまだ作られていませんが、この分野の急速な発展は、ウェアラブル・エレクトロニクスやソフト・ロボティクスにも期待されています。これらの新しい技術は、消費者向けのアプリケーションに飛躍するために、ソフトで堅牢な回路を必要とします。
「私たちは、この研究の進展に興奮しており、これらの材料が新たなソフト技術の重要な構成要素になると考えています。今回の研究は、さまざまな実世界のアプリケーションで生き残ることができるソフトな回路の実現に近づいています」とバートレットは述べています。
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MefloquineはCOVID-19との戦いにおける有望な薬剤である
液体金属の液滴は、まず、電気的に絶縁された個別の液滴として、ゴム状ポリマーの一種であるエラストマーの中に分散される。
「回路を作るために、エンボス加工というスケーラブルな手法を導入しました。これにより、液滴を選択的に接続することで、調整可能な回路を迅速に作ることができます」とポスドク研究員で筆頭著者のRavi Tutikaは語ります。「その後、液滴を局所的に分解して回路を作り直したり、回路を完全に溶解してすべての接続を解除して材料をリサイクルし、最初からやり直すこともできます」とも述べています。
回路は皮膚のように柔らかく柔軟で、極度のダメージを受けても機能し続けます。この回路に穴を開けても、金属の液滴は電力を伝達することができます。従来の電線のように接続を完全に切ってしまうのではなく、液滴が穴の周囲で新たに接続して電気を流し続けるのです。
また、回路が伸びても電気的な接続は失われません。研究チームは、研究期間中にデバイスを元の長さの10倍以上に引き伸ばしても故障しませんでした。
製品の寿命が尽きると、金属滴やゴム状の素材は再加工されて液体に戻され、事実上のリサイクルが可能になります。この方法は、持続可能なエレクトロニクスへの道筋を示すものです。
伸縮性のあるスマートフォンはまだ作られていませんが、この分野の急速な発展は、ウェアラブル・エレクトロニクスやソフト・ロボティクスにも期待されています。これらの新しい技術は、消費者向けのアプリケーションに飛躍するために、ソフトで堅牢な回路を必要とします。
「私たちは、この研究の進展に興奮しており、これらの材料が新たなソフト技術の重要な構成要素になると考えています。今回の研究は、さまざまな実世界のアプリケーションで生き残ることができるソフトな回路の実現に近づいています」とバートレットは述べています。
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MefloquineはCOVID-19との戦いにおける有望な薬剤である
抗マラリア薬メフロキンを新型コロナウイルス対策に再利用することを提案する科学者たち
2020年初頭、世界は「戦争のような状況」に陥りました。重症急性呼吸器症候群関連コロナウイルス2（SARS-CoV-2）によるパンデミックで、地球上のほとんどの生きている世代がかつて経験したことのないような事態が発生したのです。
このパンデミックにより、経済は停滞し、何十万人もの死者が出ました。2021年の夜明けには、ワクチンが開発されましたが、人々が十分にワクチンを接種する前に、効果的な治療法が必要とされています。
そこで科学者たちは、新薬の研究を急ぐ一方で、COVID-19に効く薬を探すために既存の薬を調べています。ハイドロキシクロロキン、ロピナビル、インターフェロンなど、いくつかの承認された薬は、SARS-CoV-2に対しては、パンデミックの深刻さのために、その臨床効果が十分に確立されないまま、すでに臨床使用されています。
そこで科学者たちは、新薬の研究を急ぐ一方で、COVID-19に効く薬を探すために既存の薬を調べています。ハイドロキシクロロキン、ロピナビル、インターフェロンなど、いくつかの承認された薬は、SARS-CoV-2に対しては、パンデミックの深刻さのために、その臨床効果が十分に確立されないまま、すでに臨床使用されています。
その後の無作為化試験でも、これらの薬剤の有効性に関するコンセンサスは得られていない。重症のCOVID-19に対しては、レムデシビルのみが臨床使用を承認されていますが、その有効性についてはまだ議論されています。
このたび、東京大学大学院理学系研究科の渡邊浩一博士、塩野谷佳穂博士、山崎雅子博士、大橋弘史博士、青木伸博士、倉持幸治博士、田中智博博士らの研究チームは、画期的な研究を行いました。東京理科大学の田中智博教授（国立感染症研究所、九州大学、東京大学、京都大学、財団法人癌研究会、株式会社サイエンス・グルーヴ）は、抗マラリア薬であるメフロキン（ヒドロクロロキンの誘導体）がSARS-CoV-2に有効であることを発見しました。この研究成果は、Frontiers in Microbiologyに掲載されました。
「既存の抗ウイルス剤よりも高い抗ウイルス力を持つ薬剤を見つけるために、まず、承認されている抗寄生虫剤や抗寄生虫剤をスクリーニングしました」と、研究チームの主任研究員である渡士氏は語ります。
このたび、東京大学大学院理学系研究科の渡邊浩一博士、塩野谷佳穂博士、山崎雅子博士、大橋弘史博士、青木伸博士、倉持幸治博士、田中智博博士らの研究チームは、画期的な研究を行いました。東京理科大学の田中智博教授（国立感染症研究所、九州大学、東京大学、京都大学、財団法人癌研究会、株式会社サイエンス・グルーヴ）は、抗マラリア薬であるメフロキン（ヒドロクロロキンの誘導体）がSARS-CoV-2に有効であることを発見しました。この研究成果は、Frontiers in Microbiologyに掲載されました。
「既存の抗ウイルス剤よりも高い抗ウイルス力を持つ薬剤を見つけるために、まず、承認されている抗寄生虫剤や抗寄生虫剤をスクリーニングしました」と、研究チームの主任研究員である渡士氏は語ります。
その結果、メフロキンが最も高い抗SARS-CoV-2活性を持つことがわかりました。ヒトの肺細胞の細胞環境を模倣した細胞株で、ヒドロクロロキンなどの他のキノリン誘導体と比較したところ、メフロキンの方が優れていることが判明したのです。
研究チームは、さらにメフロキンの作用機序を調べました。渡邊博士は、「我々の細胞アッセイでは、メフロキンは、ウイルスの侵入段階で適用すると、ウイルスのRNAレベルを容易に減少させたが、ウイルスと細胞の付着中には活性を示さなかった。これは、メフロキンが細胞表面に付着した後のSARS-COV-2の細胞への侵入に有効であることを示しています」 と説明している。
そこで科学者たちは、メフロキンの抗ウイルス活性を強化するために、SARS-CoV-2の複製段階を阻害する薬剤であるネルフィナビルとメフロキンを併用することを検討しました。
研究チームは、さらにメフロキンの作用機序を調べました。渡邊博士は、「我々の細胞アッセイでは、メフロキンは、ウイルスの侵入段階で適用すると、ウイルスのRNAレベルを容易に減少させたが、ウイルスと細胞の付着中には活性を示さなかった。これは、メフロキンが細胞表面に付着した後のSARS-COV-2の細胞への侵入に有効であることを示しています」 と説明している。
そこで科学者たちは、メフロキンの抗ウイルス活性を強化するために、SARS-CoV-2の複製段階を阻害する薬剤であるネルフィナビルとメフロキンを併用することを検討しました。
興味深いことに、この2つの薬剤は「相乗効果」を発揮し、組み合わせた薬剤は、細胞株自体の細胞に毒性を示すことなく、どちらか一方が単独で示したものよりも高い抗ウイルス活性を示すことが確認されたのです。
さらに研究者たちは、COVID-19の治療に適用した場合のメフロキンの効果を数学的にモデル化し、実世界での影響の可能性を計算しました。その結果、メフロキンは、患者の全体的なウイルス量を7％以下に減少させ、「ウイルスが消滅するまでの期間」を6.1日短縮することができると予測されました。
この研究はもちろん臨床試験に引き継がれなければなりませんが、メフロキンがCOVID-19の患者の治療に効果的に使用される薬剤になることを世界は期待しています。
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大気の清浄化がトウモロコシと大豆の収量を増加させることが、スタンフォード大学主導すの研究で明らかに。
アメリカの膨大な農業生産高の鍵となる要因は、農家がほとんどコントロールできないものであることがわかった：キーポイントはきれいな空気である。
さらに研究者たちは、COVID-19の治療に適用した場合のメフロキンの効果を数学的にモデル化し、実世界での影響の可能性を計算しました。その結果、メフロキンは、患者の全体的なウイルス量を7％以下に減少させ、「ウイルスが消滅するまでの期間」を6.1日短縮することができると予測されました。
この研究はもちろん臨床試験に引き継がれなければなりませんが、メフロキンがCOVID-19の患者の治療に効果的に使用される薬剤になることを世界は期待しています。
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大気の清浄化がトウモロコシと大豆の収量を増加させることが、スタンフォード大学主導すの研究で明らかに。
アメリカの膨大な農業生産高の鍵となる要因は、農家がほとんどコントロールできないものであることがわかった：キーポイントはきれいな空気である。
当たり前のことと思われるでしょうが、これを科学的に実証するのは容易ではありませんでした。
スタンフォード大学が主導した新しい研究によると、1999年から2019年までの間に行われた汚染物質の削減は、その間に得られたトウモロコシと大豆の収量増加の約20％に寄与しており、その額は年間約50億ドルに相当するといいます。
先般、Environmental Research Letters誌に掲載された分析結果によると、4つの主要な大気汚染物質が特に作物に悪影響を及ぼし、調査期間中のトウモロコシと大豆の生産量の平均約5％を損失したことが明らかになりました。今回の研究成果は、米国の農業に有益な技術や政策の変更に役立つだけでなく、世界の他の地域で大気汚染を削減することの重要性を強調するものです。
「これまで、大気汚染の影響を測定することは困難でした。というのも、わずか10マイル離れた場所でも、2つの農家が直面する大気の質は大きく異なるからです。しかし、衛星を利用することで、非常に微細なパターンを測定し、さまざまな汚染物質の役割を明らかにすることができました」と、本研究の筆頭著者であり、食料安全保障・環境センターのグロリア＆リチャード・クシェル所長であるデビッド・ローベルは述べています。
今回の研究では、他の方法では不可能な規模の汚染の影響を明らかにするための、人工衛星の大きな力を強調しています。この力は、大気モニターや収穫量データへのアクセスが少ない国では、さらに大きな価値を持つ可能性があります。
空気を読む
大気汚染が大量に発生すると植物に有害であることは以前から知られていましたが、現在のレベルで農家の収穫量が実際にどの程度減少するかは分かっていませんでした。また、大気汚染が農業全体に与える影響や、個々の汚染物質の影響についても不明な点がありました。
Lobellは、全米のトウモロコシと大豆の生産量の約3分の2を占める9州（イリノイ州、インディアナ州、アイオワ州、ミシガン州、ミネソタ州、ミズーリ州、オハイオ州、サウスダコタ州、ウィスコンシン州）に焦点を当て、オゾン、粒子状物質、二酸化窒素、二酸化硫黄が作物の収穫量に与える影響を測定しました。
オゾンは、自動車の排気ガスに含まれるような窒素と炭化水素が、熱や日光によって化学反応を起こしたものです。粒子状物質とは、ホコリやチリ、ススや煙などの大きな粒子のことです。二酸化窒素と二酸化硫黄は、主に発電所などの産業施設での化石燃料の燃焼によって大気中に放出されるガスです。
「これまでは、さまざまな種類の大気汚染物質の測定結果と、農業生産高の測定結果が、必要な解像度で空間的に重なっていなかったため、この問題を解決するのは難しいことでした」とBurneyは説明します。
先般、Environmental Research Letters誌に掲載された分析結果によると、4つの主要な大気汚染物質が特に作物に悪影響を及ぼし、調査期間中のトウモロコシと大豆の生産量の平均約5％を損失したことが明らかになりました。今回の研究成果は、米国の農業に有益な技術や政策の変更に役立つだけでなく、世界の他の地域で大気汚染を削減することの重要性を強調するものです。
「これまで、大気汚染の影響を測定することは困難でした。というのも、わずか10マイル離れた場所でも、2つの農家が直面する大気の質は大きく異なるからです。しかし、衛星を利用することで、非常に微細なパターンを測定し、さまざまな汚染物質の役割を明らかにすることができました」と、本研究の筆頭著者であり、食料安全保障・環境センターのグロリア＆リチャード・クシェル所長であるデビッド・ローベルは述べています。
今回の研究では、他の方法では不可能な規模の汚染の影響を明らかにするための、人工衛星の大きな力を強調しています。この力は、大気モニターや収穫量データへのアクセスが少ない国では、さらに大きな価値を持つ可能性があります。
空気を読む
大気汚染が大量に発生すると植物に有害であることは以前から知られていましたが、現在のレベルで農家の収穫量が実際にどの程度減少するかは分かっていませんでした。また、大気汚染が農業全体に与える影響や、個々の汚染物質の影響についても不明な点がありました。
Lobellは、全米のトウモロコシと大豆の生産量の約3分の2を占める9州（イリノイ州、インディアナ州、アイオワ州、ミシガン州、ミネソタ州、ミズーリ州、オハイオ州、サウスダコタ州、ウィスコンシン州）に焦点を当て、オゾン、粒子状物質、二酸化窒素、二酸化硫黄が作物の収穫量に与える影響を測定しました。
オゾンは、自動車の排気ガスに含まれるような窒素と炭化水素が、熱や日光によって化学反応を起こしたものです。粒子状物質とは、ホコリやチリ、ススや煙などの大きな粒子のことです。二酸化窒素と二酸化硫黄は、主に発電所などの産業施設での化石燃料の燃焼によって大気中に放出されるガスです。
「これまでは、さまざまな種類の大気汚染物質の測定結果と、農業生産高の測定結果が、必要な解像度で空間的に重なっていなかったため、この問題を解決するのは難しいことでした」とBurneyは説明します。
さらに「今回の高空間分解能データでは、大気汚染モニターと既知の汚染物質の排出源の両方に近い場所での農作物の収穫量を調べることができました。その結果、汚染物質の種類によって、負の影響の大きさが異なることがわかりました」と述べています。
LobellとBurneyは、大気浄化法の改正が議会で可決され、全米で大気質が大幅に改善された1990年にまで分析を広げました。研究者たちは、この地域の何百ものモニタリングステーションから得られた大気汚染データ、連邦政府による発電所の排出データ、発電所周辺の二酸化窒素の衛星観測データ、連邦政府の調査と衛星画像から得られた農作物の収穫量データ、農作物の収穫量のばらつきを説明するために知られている成長期の条件を考慮した気象データなどを調べました。
意外な発見
LobellとBurneyが発見したのは、意外な事実でした。それは、4つの汚染物質がそれぞれトウモロコシと大豆の収穫量に悪影響を及ぼしていること、そして発電所（特に石炭を燃やす施設）から遠く離れた場所で作物を栽培するほど、収穫量が明らかに増加していることでした。それぞれの汚染物質のユニークな空間的パターンにより、過去の研究ではできなかった方法で、それぞれの汚染物質の影響を分離することができました。
研究者らは、4種類の汚染物質による総収穫量の減少は、過去20年間でトウモロコシで平均5.8％、大豆で平均3.8％になると推定しました。これらの損失は、空気がきれいになるにつれて減少しました。
LobellとBurneyは、大気浄化法の改正が議会で可決され、全米で大気質が大幅に改善された1990年にまで分析を広げました。研究者たちは、この地域の何百ものモニタリングステーションから得られた大気汚染データ、連邦政府による発電所の排出データ、発電所周辺の二酸化窒素の衛星観測データ、連邦政府の調査と衛星画像から得られた農作物の収穫量データ、農作物の収穫量のばらつきを説明するために知られている成長期の条件を考慮した気象データなどを調べました。
意外な発見
LobellとBurneyが発見したのは、意外な事実でした。それは、4つの汚染物質がそれぞれトウモロコシと大豆の収穫量に悪影響を及ぼしていること、そして発電所（特に石炭を燃やす施設）から遠く離れた場所で作物を栽培するほど、収穫量が明らかに増加していることでした。それぞれの汚染物質のユニークな空間的パターンにより、過去の研究ではできなかった方法で、それぞれの汚染物質の影響を分離することができました。
研究者らは、4種類の汚染物質による総収穫量の減少は、過去20年間でトウモロコシで平均5.8％、大豆で平均3.8％になると推定しました。これらの損失は、空気がきれいになるにつれて減少しました。
実際、大気汚染の減少は、トウモロコシの収穫量を4％、大豆の収穫量を3％増加させることに貢献しました。これは、この期間中のトウモロコシの収穫量全体の増加の19％、大豆の収穫量全体の増加の23％に相当します。
「大気浄化法が人間の健康面で何兆ドルもの利益をもたらしたことはすでに知られていますが、農業面での数十億ドルの利益はケーキの上のアイシングのようなものだと思います」とローベルは言います。大気浄化法は、空気清浄化による恩恵のごく一部であっても、農業の生産性を継続的に向上させるためには、かなり大きな役割を果たしているのです」とその有用性を訴えています。
「大気浄化法が人間の健康面で何兆ドルもの利益をもたらしたことはすでに知られていますが、農業面での数十億ドルの利益はケーキの上のアイシングのようなものだと思います」とローベルは言います。大気浄化法は、空気清浄化による恩恵のごく一部であっても、農業の生産性を継続的に向上させるためには、かなり大きな役割を果たしているのです」とその有用性を訴えています。
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