理系論文まとめ28回目 SCIENCE 2023/7/15 ~ 2023/7/15
科学・社会論文を雑多/大量に調査する為、定期的に、さっくり表面がわかる形で網羅的に配信します。今回もマニアックなScienceです。
さらっと眺めると、事業・研究のヒントにつながるかも。
世界の先端はこんな研究してるのか～と認識するだけでも、
ついつい狭くなる視野を広げてくれます。
とうとう木材の難敵リグニンを退治できる日が来た！
一口コメント
Biasing the quantum vacuum to control macroscopic probability distributions
巨視的な確率分布を制御するために真空量子にバイアスをかける
「バキュームレベルのバイアスフィールドを注入することで、量子ランダム性を制御可能にする。」
Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells
配位子の反応性を工学的に制御することで、安定したペロブスカイト太陽電池の高温動作が可能になる
「フッ素化アニリニウムによるペロブスカイト太陽電池の高効率と高耐久性」
Multiplex CRISPR editing of wood for sustainable fiber production
持続可能な繊維生産のための木材の多重CRISPR編集
「CRISPR遺伝子編集による森林樹木の最適化と持続可能な繊維バイオエコノミーへの道。」
Multichip multidimensional quantum networks with entanglement retrievability
エンタングルメント保持可能なマルチチップ多次元量子ネットワーク
「マス製造可能な量子ノードチップによる大規模な量子エンタングルメントネットワークの実現」
Correlating the charge-transfer gap to the maximum transition temperature in Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+δ
Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+δの電荷移動ギャップと最大転移温度との相関
「銅酸化物の超伝導性と電荷移動ギャップサイズの相関の発見」
Recruited macrophages elicit atrial fibrillation
マクロファージが心房細動を誘発する
「心房細動の治療の新たな道：SPP1+マクロファージへの攻撃」
要約
巨視的な確率分布を制御するために真空量子にバイアスをかける
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh4920
この研究は、完全なランダム性を生成するために自然に揺らぐ電磁場をどのように利用できるかを調べるものです。具体的には、バキュームレベルのバイアスフィールド（つまり、ほとんど光子がない状態）を注入することで、量子のランダム性を制御できることを示しました。
①事前情報 :
量子場理論は、電磁場が自然に揺らぎ、これらの揺らぎが完全なランダム性の源として利用できることを示唆しています。ランダム性の多くの潜在的な応用は、制御可能な確率分布に依存します。
②行ったこと :
私たちは、多安定光学系にバキュームレベルのバイアスフィールドを注入することで、量子ランダム性の制御可能なソースを可能にし、この概念を光パラメトリック発振器（OPO）で実証しました。
③検証方法 :
平均して1つ未満の光子を持つバイアスパルスを注入することで、2つの可能なOPO出力状態の確率を制御しました。また、単一光子レベル以下のフィールドの時間形状を再構築することで、私たちのアプローチの弱いフィールド検出への可能性を示しました。
④分かったこと :
この研究では、弱いフィールドを検出するためのプラットフォームを提供し、確率的な計算や弱いフィールド感知に向けた応用を示しています。
⑤この研究の面白く独創的なところ :
この研究の面白くて革新的な点は、平均的に1つ未満の光子を持つバイアスパルスを注入することで、量子のランダム性を制御できるという事実を実証したことです。
応用先
この研究は、確率的な計算や弱いフィールド感知などの応用において、量子力学の原理を利用してランダム性を生成し、制御する新しい手法を提供する可能性があります。
配位子の反応性を工学的に制御することで、安定したペロブスカイト太陽電池の高温動作が可能になる
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi4107
この研究は、太陽電池のより良い性能と安定性を追求する一環として、フッ素化されたアニリニウム（一種の化合物）を用いて太陽電池の材料であるペロブスカイトの反応性を最小限に抑える方法を示しています。
①事前情報 :
ペロブスカイト太陽電池（PSCs）は、アンモニウムリガンドの間隙を取り入れる二次元および三次元の異方性構造を持つことで、性能と安定性を兼ね備える目標に向けた急速な進歩を遂げています。しかし、高温での劣化を最小限に抑えるための新たな手段が求められています。
②行ったこと :
私たちは、ペロブスカイトの大部分と反応しないアンモニウムリガンドを使用し、リガンド分子構造を系統的に変化させるライブラリを調査しました。
③検証方法 :
フッ素化されたアニリニウムがペロブスカイトとの反応性を最小限に抑えつつ、界面をパッシベーション（不活性化）することを見出しました。このアプローチを用いて、反転構造PSCsに対する証明済みの準定常状態電力変換効率が24.09%であることを報告しました。
④分かったこと :
私たちは、85℃で50%の相対湿度で動作する封入装置において、1太陽照度で最大出力点での1560時間のT85（高温耐久性）を文書化しました。
⑤この研究の面白く独創的なところ :
この研究のユニークで創造的な側面は、フッ素化されたアニリニウムを用いることでペロブスカイトとの反応性を最小限に抑えつつ、界面をパッシベーションする新たなアプローチを開発した点です。
応用
この研究は、太陽電池の性能を向上させ、高温での耐久性を向上させるための新しい方法を提供し、これにより太陽電池の効率的な利用が可能となるかもしれません。
持続可能な繊維生産のための木材の多重CRISPR編集
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add4514
木材の生物学的ポリマーであるリグニンをより効率的に利用する方法を開発しました。CRISPRという遺伝子編集技術を使って、繊維産業が持続可能なものになるように、森林樹木の遺伝子を「デザイン」しています。
事前情報
森林樹木の家畜化は、木材のリグニンという生物学的ポリマーの複雑さと可塑性によって長らく妨げられてきました。リグニンは化学的・酵素的分解に抵抗性があります。
行ったこと
この研究では、21のリグニン生合成遺伝子に対して69,123の多遺伝子編集戦略のすべての組み合わせを評価しました。
検証方法
最大6つの遺伝子の同時変更を目指す7つの異なるゲノム編集戦略を推定し、174の編集されたポプラ変種を作成しました。CRISPR編集により、木材の炭水化物対リグニン比率が野生型の最大228%まで増加しました。
分かったこと
これにより、繊維パルプ化がより効率的になりました。編集された木材は、木の成長速度の変化に関係なく、主要な繊維生産のボトルネックを緩和しました。
この研究の面白く独創的なところ
この研究の面白くて独創的なところは、CRISPR遺伝子編集技術を用いて、リグニンの成分と木材の性質を組み合わせて改善するためのプレシジョンな木材飼料設計を可能にしたことです。
応用
この研究は、より効率的な繊維パルプ化を実現し、木材の生産ボトルネックを解消することで、繊維生産業界における運用効率の向上、バイオ経済の機会の創出、環境への恩恵をもたらす可能性があります。
エンタングルメント保持可能なマルチチップ多次元量子ネットワーク
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg9210
この研究は、量子ネットワークを大規模かつ実用的にするための新たなステップを提供します。スーパーコンピュータを遥かに上回る計算能力を持つ量子コンピュータの実現に向けて、マス製造可能な半導体製造技術を用いて量子ノードチップを製造し、複数の量子ノードチップを少数のファイバーでつなぐことに成功しました。
①事前情報：
量子ネットワークは量子通信、クロック同期、分散型量子計算、センシングなどに利用されます。これを大規模かつ実用的に実装するには、多次元エンタングルメントを共有して多数のリモート量子ノードをコヒーレントに接続できるスケーラブルなアーキテクチャと統合ハードウェアの開発が必要です。
②行ったこと：
この研究では、補完的なメタル-酸化物-半導体（CMOS）プロセスを用いてシリコンウェーファー上に量子ノードチップを製造し、これにより多次元量子エンタングルメントネットワークを実現しました。
③検証方法：
ハイブリッド多重化を使用して、複数の多次元エンタングル状態が少数のモードファイバーで接続された複数のチップに分布することを示しました。また、複雑な媒体の量子チャンネルで多次元エンタングルメントを効率的に取り出す技術を開発しました。
④分かったこと：
大規模な実用的なチップベースの量子エンタングルメントネットワークを実現するための有効な能力を実証しました。
⑤この研究の面白く独創的なところ：
この研究の独創的な点は、量子通信に必要な複数の量子ノードをつなげることが可能なマス製造可能なナノフォトニクス量子ノードチップを製造したことです。
応用
この研究の成果は、量子通信、クロック同期、分散型量子計算、センシングなどの量子テクノロジーを大規模かつ実用的に展開するための重要なステップとなります。
Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+δの電荷移動ギャップと最大転移温度との相関
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add3672
この研究では、銅酸化物（cuprate）の「最高超伝導温度（Tc,max）」がその構造にどのように依存するかを調べました。この結果が分かると、我々の身の回りの電子機器がもっと効率的に動く未来が開けるかもしれません。
①事前情報：
一般に、cuprate家族の単位セルごとのCuO2層の数nが増えると、最高超伝導温度（Tc,max）はn = 3でピークを迎えるベル型の曲線を描きます。しかしこの現象の微視的なメカニズムはまだ解明されていません。
②行ったこと：
我々は、Bi2Sr2Can-1CunO2n+4+δ家族のcupratesの原子構造を像化し、同時に電荷移動ギャップサイズ（Δ）のnによる進化を測定するために、先進的な電子顕微鏡を使用しました。
③検証方法：
我々はnの値が1から9までのcupratesを電子顕微鏡で観察し、電荷移動ギャップサイズ（Δ）のn依存性を定量的に測定しました。
④分かったこと：
我々はnの値が1から9までのcupratesを電子顕微鏡で観察し、電荷移動ギャップサイズ（Δ）のn依存性を定量的に測定しました。
⑤この研究の面白さと独創的なところ：
この研究の面白さは、電荷移動ギャップサイズ（Δ）と最高超伝導温度（Tc,max）の間に存在する相関関係を発見し、それがcupratesの超伝導性の起源を理解する鍵となる可能性があることです。
応用
この研究の成果は、効率的な超伝導体の設計と製造、そしてそれによって可能となる様々な電子機器の開発に役立つ可能性があります。
マクロファージが心房細動を誘発する
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq3061
心房細動は心臓の一部が予想外にビートを打つ病気です。この研究では、その「不規則なビート」がどのように起こるのかを詳しく調べ、それを抑える新しい方法を見つけることに成功しました。
事前情報
心房細動は心房の収縮を乱し、脳卒中や心不全を引き起こす可能性があります。免疫細胞と間質細胞がどのように心房細動に寄与するかは明らかにされていませんでした。
行ったこと
人間の心房からの単一細胞トランスクリプトームを調査し、心房細動における炎症性モノサイトとSPP1+マクロファージの拡大を明らかにしました。
検証方法
ハイパーテンション、肥満、および僧帽弁逆流（HOMER）を組み合わせたマウスモデルを用いて、心房細動を引き起こす可能性のある心房の病態を模倣しました。
分かったこと
SPP1は、局所の免疫細胞と間質細胞とのクロストークを通じて心房細動を促進する多面的な信号として機能することが明らかになりました。Spp1の欠損はHOMERマウスで心房細動を減少させました。
この研究の面白く独創的なところ
この研究の新規性は、心房細動の発症に対する免疫細胞と間質細胞の重要な役割を明らかにし、特にSPP1+マクロファージが新たな治療ターゲットとなりうることを示した点にあります。
応用
この研究の結果は、心房細動の新たな治療法を開発するための有望な候補となります。具体的には、SPP1+マクロファージを標的にした免疫療法の可能性を示しています。
最後に
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