最先端研究を訪ねて

【化工物性・移動操作・単位操作】

膜構造

ナノの世界を見るために、分子を集めて機能をつくる材料プロセス

菅恵嗣先生

東北大学

工学部　化学・バイオ工学科（工学研究科　化学工学専攻）

◆着想のきっかけは何ですか

生物を構成する細胞は、目には見えない大きさであるため、顕微鏡を使わないと観察できません。細胞のカタチに注目すると、その最外殻は細胞膜という薄い組織で覆われています。

ただし、細胞膜という物質があるわけではなく、タンパク質や脂質が集まってできた巨大な構造体です。たった数nmしかない細胞膜ですが、家屋に例えると“外壁”と“ドア”の役割を担い、構造と物質移動の両方の意味で、細胞機能を支える重要な組織と言えます。

細胞の中には水が閉じ込められていますが、脂質はそもそも水に溶けません。ところが所定の手順で作ると、細胞膜の様な構造を人工的に作ることができます。高校の有機化学で脂肪酸の構造を習うと思いますが、脂肪酸（例えばオレイン酸）についても、上手く（巧く）やれば膜構造を作れるのです！

せっかく膜を作っても、小さすぎて、薄すぎて見えないのが膜の世界（ナノの世界）です。膜を作り、その表面で起こる様々な現象を観察するために、視覚的に膜構造を理解できる発色材料の開発に取り組んでいます。

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◆長尾研究室HP

◆「その場で、その瞬間に面白いと思ったものを追求。その先に、将来像はある。」（東北大学工学研究科・工学部）

私たちの研究室では、分子や素材を集めて機能性材料を作るプロセスについて研究しています。目には見えない粒子状物質を微粒子と言いますが、無機材料、有機材料、様々な素材から大きさや形の揃った粒子を合成しています。無機材料に膜を表面修飾し、ポリマーと複合化したナノコンポジット材料についても研究しています。

◆主な業種

・鉄鋼

・食品・食料品・飲料品／飼料・肥料

・化学・化粧品・繊維／化学工業製品・衣料・石油製品

◆主な職種

・基礎・応用研究・先行開発

・生産技術

◆学んだことはどう生きる？ 

化学工学出身の場合、化学メーカー等の生産プロセス部門に配属されることが多いです。研究開発と生産部門、どちらでも立ち回れるオールラウンダー的な仕事を選ぶ人もいます。

学部では反応工学、分離工学、移動現象等の基礎学問を学びますが、大学院を卒業して間もない卒業生から「今は〇〇工学の勉強をしています。学部生時代の講義ノートと教科書が役に立っています」といった近況報告を聞くこともあります。

この分野に限らず、受験や大学講義で学んだことはいつか役に立つ時が来る、そう信じて１つ１つの学びを大切に、継続して積み重ねることが勉強のコツだと思います。

高校で化学＝分子という面白さに興味を持ち、物質を合成することに夢を抱いて、大学の化学系を志望する人が多いように思います。しかし、教科書に載っている大半の物質は水に溶けず、水に溶けなければ体への吸収効率も下がります。

化学物質をどのように扱うか、その方法を考えることは、新しい物質を作ることと同じじくらい重要な研究であると考えています。化学工学とは、物質の製造方法や取り扱い全般に関する学問です。物質を扱う一連の過程（プロセス）について理解を深めた人は、化学という入り口から、製造、医療など様々な分野に貢献することができます。

薬の中には、いわゆる薬効のある成分(有効成分)と、その効き目を調節する成分が含まれています。例えばmRNAワクチンの成分を調べてみると、実に様々な成分（例えばコレステロール）が含まれていることがわかります。ではなぜコレステロールが必要なのか？それぞれの分子や成分について、その役割について調べてみましょう。