Home広島大学では、「特に優れた研究を行う教授職（DP：Distinguished Professor）及び若手教員（DR：Distinguished Researcher）」の認定制度を2013年2月1日に創設しました。DPは重点的課題に取り組むべき研究を行う特に優れた教授職、DRは将来DPとして活躍しうる若手人材として、研究活動を行っています。
灰野 岳晴 教授 インタビュー
「弱い结合」で集まった超分子のさまざまな性质を活かし、これまでにない机能性材料を开発する
「弱い结合」から生じるさまざまな性质を机能性材料に活かす
私の専门は有机化学、中でも超分子化学です。一般的な化学で扱う分子という构成単位は、原子同士が电子を共有する化学结合(共有结合)によって成り立っています。一方、超分子化学ではこの分子を构成要素として、分子同士が非共有结合という弱い结合で集まった集合体を扱います。分子を构成する原子は强く结合しているため互いの位置を入れ替わることができないのに対して、超分子を构成する分子同士は入れ替わることができるのが特徴です。
超分子は私たちの身の回りにさまざまな形で存在します。水分子が集合した状态である氷も超分子で、温めると结合が弱くなり液体の水に、さらに温めると结合が切れて気体になります。テレビなどの画面に使われている液晶もそうで、分子の集まり方を操作することで画面の色や明るさを変えています。このように、分子は集合して超分子として振る舞うことで、実にさまざまな性质を示すのです。
私は高分子と超分子の境界领域に兴味を持ち、さまざまな机能を持った新しいポリマー素材を超分子で作る研究に取り组んできました。その代表は自己修復机能を持った材料です。超分子は结合が弱く，可逆的であるため、自己修復性のある超分子材料は一度切断した面を再结合すると，一度切れてしまった结合がすぐに再结合することで再生します。こうした伤つきにくい性质を活かして、すでにスマートフォンのソフトケースなどが商品化されていますが、私たちはこれをさらに突きつめて、完全に切り离しても繋がって元に戻る超分子でできた高分子材料を开発しました。
切り离しても元に戻ることができる自己修復机能のあるポリマー素材を开発
研究テーマをもうひとつ挙げると、炭素原子が结合した分子であるフラーレンを用いた超分子ポリマーの开発に取り组んでいます。フラーレンは、炭素原子がサッカーボール状に结合したきわめて安定な分子です。私たちは、このフラーレンを非共有结合によってグローブでボールを捕るように掴む分子の开発に成功しました。この分子を使うことでフラーレンを1ナノメートルという非常に小さなオーダーで制御できるようになり、一直线に并べたり、平面上に并べたりと自在に扱うことが可能になりました。直线上に并べたフラーレンをさらに立体的に组み上げることで、新しい超分子ポリマー素材を开発できるのです。
私たちの强みは既存の物质の组み合わせではなく、ゼロから分子をデザインすることで新しい超分子ポリマーを作る技术を持っていることです。例えるなら、１ナノメートルの世界でオーダーメイドの金型を作っているようなものです。ある意味、町工场的なものづくりですね。
ダンベル型フラーレンと左右にねじれたホストの结合によるらせん超分子フラーレンポリマーの形成
目标は、超分子の「未知の性质」を発见すること
どんな材料も万能ではありませんが、だからこそ研究开発の面白さがあると考えています。例えば、最初期の自动车は主に木と金属でできていました。これらがプラスチックに置き换わり、さらに高分子化学の进歩によって軽くて丈夫な高分子材料に置き换わりつつあります。高分子化学はこの「軽さ」でカーボンニュートラル社会に大きく贡献してきました。しかし金属材料が高分子材料に劣っているわけではなくて、金属は热に强く腐食に弱い、高分子材料は腐食に强いというふうにそもそもの性质が违う。単纯に置き换わるだけではなく、性质の违いを活かすことで用途が増えるわけです。それでは、高分子材料を、超分子ポリマー材料として作ってみたら、果たしてどんな性质になるでしょうか……？
超分子素材の特性として、先ほどもお话しした自己修復性が第一に挙げられます。しかしこれは最初から自己修復材料を作ろうとしてできたわけではなく、非共有结合でできた物质がたまたま自己修復性をもっていたということです。こうした性质をどのように活かして社会に実装していくのかを考えるのは公司に任せて、研究者としてはむしろ、金属とも木材とも高分子材料とも违う、予想すらされていないような性质を発见することに兴味があります。例えば光を当てることで自己修復する材料や、温めることで硬くなる材料……、常识では考えられないような性质が见つかるかもしれません。こうした惊きに出会えることこそが研究者としての醍醐味だと思います。
研究の原动力は、化学の神秘を解き明かしたいという好奇心
今后の展开としては、乗り物の窓に贴って热を遮断する调光材料など、低炭素社会に贡献できる素材の开発も视野に入れています。一方で、研究の根底にあるのは纯粋に「まだ明らかにされていないことを自分の手で解き明かしたい」という好奇心です。超分子とはいわば分子同士が引き合うことでできる集まりなので、突き詰めれば、无数の分子によって构成されているウイルスや、私たち人间も超分子といえます。しかし、そもそも分子がどのように集まって生命体を形作っているのかすらも未だ解明されていません。知れば知るほど奥深い分野です。
また、化学というと自然科学の中でも敷居が高い分野だと思われることが多いのですが、これは少し残念なことです。例えば太阳の辉きのもとである核融合は化学で捉えることができますし、私たち自身の生命现象も化学反応の连続です。化学は宇宙の神秘にも负けない谜に満ちていて、しかも私たちに最も驯染み深い世界でもあるのです。ぜひ多くの人に兴味を持っていただきたいですね。
実験室で热心に学生さんを指导する灰野先生
