東京大学、岡山大学、関西福祉科学大学、産業技術総合研究所の研究グループは、日本の夏の都市部における睡眠の質について調査した。その結果、最低気温が25℃を上回る熱帯夜では睡眠状態が悪化し、その被害は熱中症による死亡に匹敵することが分かった。

睡眠障害は直接的な死亡には至らないため、死亡数では被害を把握できない。そこで研究グループは、世界銀行が開発した「障害調整生存年」を使って睡眠障害の被害把握に取り組んだ。障害調整生存年は、死亡ロスと健康ロスを1つの指標で扱えるようにしたもので、80歳まで生きるべき人が50歳で死ぬと30年のロスと計算する一方、重さが0.3の病に10年間罹ると3年のロスと計算する。

研究グループは、1カ月の睡眠の質を評価する自己記述式質問票である「ピッツバーグ睡眠質問票（PSQI）」を基に、前日の睡眠の質を評価する自己記述式質問票（SQIDS2）を開発。PSQIとSQIDS2を使って、2011年と2012年の夏に名古屋市の住民550人以上を対象として、1日ごとの睡眠の質を1カ月間計測した。SQIDS2で計測した1日ごとの睡眠の質をその日の気温と比較し、結果をPSQIで得られた1カ月の睡眠の質を示す結果で補整した。

その結果、最低気温と障害調整生存年で評価できる睡眠障害の関係を算出。この関係と過去の観測気温を比較評価したところ、名古屋市の5年間に渡る睡眠障害による被害は、障害調整生存年で毎年100年〜200年にも達することが分かったという。これは、5年間の熱中症による被害とほぼ同じだとしている。

研究成果は9月24日、スリープ・アンド・バイオロジカル・リズムス（Sleep and Biological Rhythms）誌に掲載された。これまで統計では把握できなかった熱帯夜の睡眠障害の被害を定量化したことにより、夜間の暑さ対策の必要性が認識されることが期待されるという。

（笹田）

大阪大学、金沢大学の研究グループは、神経ペプチド「オキシトシン」を脳内で検出可能にする蛍光センサーを開発した。オキシトシンは「幸せホルモン」とも呼ばれる神経ペプチドであり、分泌量に異常をきたすとさまざまな精神疾患の発症に関係するとされる。これまで、生きている動物の脳内でオキシトシンを感度良く捉えることは困難であり、オキシトシンが脳内でどのように働いているのかははっきりしていなかった。

研究グループはまず、細胞外でオキシトシンが結合することで、明るさが大きく変化する蛍光センサーを開発した。これには、オキシトシンと結合する細胞膜タンパク質であるオキシトシン受容体と、緑色蛍光タンパク質で構成するキメラタンパク質を使用した。キメラタンパク質センサーに変異を加えていき、最終的にオキシトシンの最大8倍もの蛍光強度変化を示すセンサーを完成させた。

次に、完成したセンサーをマウスの脳に注入し、さまざまな条件で脳内オキシトシン濃度を計測した。その結果、薬物投与や光刺激などの人為的な刺激で脳内オキシトシン濃度が上昇するだけでなく、外界からの多様な刺激に応答した内因性のオキシトシン濃度変化も観測できたという。刺激の種類によって、秒単位、分単位、時間単位と時間間隔が異なるオキシトシン濃度変化が脳内で起こっているという、これまでの予想を覆す結果が見えてきたとしている。

研究成果は9月23日、ネイチャー・メソッズ（Nature Methods）誌に掲載された。オキシトシンは自閉スペクトラム症や統合失調症などの難治性疾患の治療の鍵となる物質と考えられている。今回開発した手法を活用することで、難治性疾患の病因解明や治療薬開発が進むことが期待できるという。

（笹田）

九州大学の研究チームは、超伝導ジョセフソン接合に微量の水素不純物を添加した試料を用いて電流－電圧特性を詳細に調査した。その結果、ジョセフソン接合中の準粒子の干渉効果によって超伝導ジョセフソン素子を流れる電流にノイズ構造が発生することを初めて明らかにした。

研究チームは、水素を微量添加したバナジウム金属試料から超伝導ジョセフソン接合を作製。その試料の電流－電圧特性を測定し、超伝導ギャップ（フェルミ面付近の電子の状態密度が抑制されることで生じるエネルギーギャップ）より大きな電圧領域でもジョセフソン電流にスパイク状のノイズが複数出現することを明らかにした。

さらに水素不純物濃度変化、温度変化、ジョセフソン接合のサイズ変化、水素位置の変化などを調べることで、このスパイク状ノイズが超伝導中の準粒子の干渉により発生していると結論付けた。この結果は、素子内に不純物や欠陥が存在することでも準粒子の干渉が誘起され、超伝導電流に対するノイズ源になることを示しているという。

現在の量子コンピューター素子は超伝導ジョセフソン接合を有するものが主流となっている。今回の研究成果は、素子内の量子状態を破壊するノイズ起源の解明につながることが期待される。研究成果は米国化学会発行の学術誌、ACSナノ（ACS Nano）のオンライン版に2022年8月26日付で公開された。

（中條）

東芝は、高効率・低コスト・高信頼性のタンデム型太陽電池の実現に向けて、キーデバイスとなるトップセルとして開発中の透過型亜酸化銅（Cu₂O）太陽電池で発電効率9.5％を達成。同社が持つ世界最高の発電効率8.4％を1.1ポイント向上させることに成功した。

同社は、Cu₂O発電層において、光で生じたキャリア（電荷の運び手）が太陽電池（セル）の壁面まで拡散してキャリアの再結合が起こっていることが、発電効率が低下する要因の一つになっていることを発見。発電面積（セルサイズ）を、昨年12月に公表した3ミリメートル角から10ミリメートル×3ミリメートルに拡大し、再結合を抑制することで発電効率を向上させた。

タンデム型太陽電池は、2つの太陽電池をボトムセルとトップセルとして重ね合わせ両方のセルで発電することにより、全体としての発電効率を上げる仕組みになっている。今回の透過型Cu₂O太陽電池を、発電効率25%の高効率シリコン（Si）太陽電池に積層するCu₂O/Siタンデム型太陽電池は、全体の発電効率として28.5%と試算でき、Si太陽電池の世界最高効率26.7％を大きく上回り、より高効率のガリウム砒素（GaAs）太陽電池の世界最高効率29.1％に迫るという。

東芝は今後、セルサイズを段階的に大きくし、最終的には、市販されているSi太陽電池と同サイズの数インチ級のセル製造技術を確立し、量産化を目指す。

（中條）

京都大学と大阪大学などの共同研究チームは、新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）が呼吸器の血管へ侵入するメカニズムを解明。さらに、高コレステロール血症の治療と心血管疾患の予防に使用されるスタチン系薬剤の一種である「フルバスタチン」により、同ウイルスによる呼吸器の血管内皮バリア破壊を治療できることを示した。

研究チームは、気道上皮細胞と血管内皮細胞で構成された気道チップ（気道における上皮-内皮構造を再現できる培養モデル）使用し、新型コロナウイルスが血管内皮細胞間の密着結合に関わる「Claudin-5（CLDN5）」の発現を抑制することで、呼吸器の血管内皮バリアを破壊することを発見。実際に、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）患者の肺で、CLDN5の遺伝子およびタンパク質発現量が減少していることを確認した。

さらに、血管内皮細胞のCLDN5の発現量を遺伝子導入や低分子薬（フルバスタチン）で増加させることで、新型コロナウイルスによる血管内皮バリア破壊を抑止することに成功。CLDN5の発現促進が新型コロナウイルス感染症の新しい治療戦略となることを示した。

新型コロナウイルスは、呼吸器上皮細胞に感染したのち、血管を介して他の臓器に伝播する。このとき、同ウイルスは呼吸器から血管の壁（血管内皮細胞のバリア）をこえて血管内に侵入するが、そのメカニズムは不明であった。

研究成果は、サイエンス・アドバンシズ（Science Advances）に2022年9月21日付けでオンライン公開された。

（中條）

東京大学などの共同研究チームは、活動銀河核の赤外線放射強度の時間変動現象を解析することで、銀河中心ブラックホールを取り巻くダスト（塵やガス）の層（「ダストトーラス」と呼ぶ）による活動銀河核中心部からの光の減衰量を測定する手法を開発した。ダストトーラスを透過しやすい赤外線を使うことで、ダスト層に深く隠された活動銀河核も測定できるうえ、公開観測データベースをもとに簡便かつ大量に解析できるという。

ダストトーラスの内縁部は、活動銀河核中心からの強力な紫外線・可視光によって温められ、近赤外線（波長約1～5ミクロン）を放射している。これは活動銀河核中心からの放射と同様に、我々までの間に存在するダストにより減光する。可視光・赤外線に対するダストによる吸収・散乱の影響は波長が長いほど小さいため、そのスペクトルはダストが多いほど「赤く」（相対的に短波長側がより暗く）なる。従って、この「赤化」量を測定することでダスト減光量を見積もることができる。

研究チームは、近赤外線の異なる2つの波長における放射強度の時間変動（変光）量の比を使って「赤化」量（相対的に短波長側がより暗くなる量）を測定することで、ダスト減光量を見積もる手法を開発した。既存のカタログにある活動銀河核に本手法を適用し、463個の活動銀河核に対してダスト減光量の測定に成功。可視光ならば中心放射が約1杼分の1（1兆分の1の1兆分の1）に暗くなるほどにダストトーラスに深く隠された活動銀河核が存在することを見い出した。

今回の手法は、約10万個の活動銀河核に適用できる見込みで、活動銀河核現象と銀河中心ブラックホールの成長の理解のための有力な手がかりとなると期待される。研究成果は、王立天文学会月報（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）に9月15日付でオンライン掲載された。

（中條）

東京大学医科学研究所が主宰する研究コンソーシアム「The Genotype to Phenotype Japan（G2P-Japan）」は、新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）の懸念される変異株（VOC：variant of concern）の1つである「オミクロンBA.5株」のウイルス学的特徴を、流行動態、免疫抵抗性、および実験動物への病原性等の観点から明らかにした。

同コンソーシアムは、統計モデリング解析により、オミクロンBA.5株は、オミクロンBA.2株と比較してヒト集団内における実効再生産数が1.4倍高いことを発見。また、BA.5株は、BA.2株や他の亜系統株と比べて感染や3回のワクチン接種によって誘導される中和抗体により抵抗性を示すこと、BA.2株とBA.5株では抗原性（抗原となる物質が抗体を特異的に認識して結合する性質）が異なることを明らかにした。

さらに、オミクロンBA.5株のスパイクタンパク質の合胞体（感染した細胞が、スパイクタンパク質を細胞表面に発現し、周囲の細胞と融合して形成される大きな細胞塊）の形成活性はオミクロンBA.2株に比べて有意に高いことや、BA.5株のスパイクタンパク質を持つウイルスはBA.2株に比べて病原性が高いことをハムスターを用いた実験で突き止めた。

2021年末に南アフリカで出現したオミクロン株は、当初オミクロンBA.1株が全世界に伝播したが、その後BA.2株へと置き換わり、現在、BA.5株への置き換わりが国内外で急速に進んでいる。国内ではBA.5株の加速的な流行拡大による医療逼迫が起こっており、有効な感染対策を講じることが求められている。

今回の研究結果は、米国科学雑誌のセル（Cell）オンライン版に2022年9月13日付けで掲載された。

（中條）

宇宙航空研究開発機構（JAXA）や東北大学などの研究チームは、小惑星探査機「はやぶさ2」が回収した小惑星リュウグウのサンプル（同探査機が回収した3番目に大きなサンプルを含む17粒子）を日米欧の放射光施設5カ所、ミュオン施設などで宇宙化学的・物理学的手法によって解析。リュウグウの形成から衝突破壊までの歴史を解明した。

研究チームは今回、リュウグウの太陽系内での形成とその位置、天体材料物質の情報、含まれていた氷の種類、天体表層および内部での水との反応による化学進化、天体衝突の影響などについて調査。サンプルの硬さ、熱の伝わり方、比熱、密度などの実測値を使って、リュウグウ母天体形成後の天体内部の加熱による温度変化、および衝突破壊プロセスの数値シミュレーションを実行。リュウグウの形成進化について以下の知見を得た。

1. リュウグウの母天体は、太陽系形成から約200万年後に、極低温（マイナス200℃以下）の領域で岩石と水と二酸化炭素の氷を含む、直径100キロメートル程度の天体として形成された。
2. 太陽系形成から約300万年後、氷が融解して水による初期化学反応が起こった。
3. 太陽系形成から約300万～500万年後、およそ50℃まで温まり、水と岩石の化学反応が進行。天体内部は強く含水化し、天体表層には弱い含水化作用が働いた。
4. その後、リュウグウ母天体の10％程度の大きさ（直径10キロメートル程度以下）の天体と大規模衝突し、直径50キロメートル程度の岩塊と小さな岩片に分裂した。衝突点付近は強く加熱圧縮された。
5. 衝突点から離れた領域の岩片が再集積し、リュウグウを形成した（直径1キロメートル以下）。

小惑星の形成進化のシミュレーションに、実際の小惑星のサンプルの硬さや温まりやすさなどの測定結果を取り入れたのは世界初だという。研究成果はサイエンス（Science）オンライン版に9月22日付で掲載された。

（中條）

東京大学の研究チームは、赤色パルスレーザー光が当たったときのみ、薬剤を放出してがん細胞を攻撃する物質「有機金属フタロシアニン」を使った光がん治療法を考案した。

従来の光がん治療法では、光エネルギーで活性酸素を発生させ、がん細胞を攻撃する。標的となるがん細胞のアポトーシス（あらかじめ予定されている細胞死）を誘導しにくく、腫瘍組織の低酸素領域では治療効果が低い点が課題だった。そこで研究チームは、赤色光を吸収するフタロシアニンに、アルキル基を有する有機金属錯体を組み合わせた「有機金属フタロシアニン」を開発。これを使用した治療法の原理を考案した。

有機金属フタロシアニンは室内光下では安定しているが、赤色パルスレーザー光を当てるとさまざまな生体分子と反応し、アポトーシスを誘導するアルキルラジカルやアルデヒドなどの薬剤を放出する。アルキルラジカルの生成は酸素濃度に関係なく進行し、周辺の正常細胞にダメージを与えにくいことから、新しい光がん治療法として期待できる。また、有機金属錯体のアルキル基にさまざまな薬剤を導入することが可能で、薬物送達システムとしての応用が期待できるという。

研究成果は9月20日、ケミカル・コミュニケーションズ（Chemical Communications）誌にオンライン掲載された。

（笹田）

KDDI総合研究所と京都大学の研究グループは、フォトニック結晶レーザーを使用した高出力自由空間光通信の実証に世界で初めて成功した。今後研究を進め、宇宙での利用を目指す。

光を遠くに送るには強いパワーの光を発する必要があるが、そのためにはファイバーアンプなどの大掛かりな装置で光を増幅する必要がある。また、光の発光領域を小さくすると、反比例するようにビームが大きく広がってしまい、光を受け取りにくくなってしまう。ビームの広がりを抑えるには光学レンズを複雑に組み合わせるなどの工夫が必要だが、光学レンズは装置を複雑にし、大型化を招く一因となる。

研究グループは、大きなパワーで発光し、ビームの広がりが少なく、レンズを使う必要がないフォトニック結晶レーザーに着目して、自由空間光通信への応用に向けて研究開発を進めていた。これまで、フォトニック結晶レーザーを使ったレーザー加工や光の測距（LiDAR）を実証した例はあったが、通信に応用した例はなかった。

実証では、64QAM変調を施した864MHzの帯域を有するOFDM光信号を、1ワット級の光出力でフォトニック結晶レーザーから発射し、1.1メートル先までの空間伝送に成功した。この成功により、フォトニック結晶レーザーを使って毎秒5ギガビット相当の自由空間光通信が実現できる可能性が高まったとしている。

研究成果は、9月18日〜22日にスイス、バーゼルの州光通信国際会議（ECOC2022）で発表される予定。

（笹田）

東京工業大学などの共同研究チームは、2000量子ビット（キュービット）の量子アニーリングマシンを用いて物質中の欠陥の分布のシミュレーションを実行し、ノイズのない理想的な環境下での量子相転移の理論とほぼ完全に一致する結果を得ることに成功した。2000量子ビットを有する大規模な超伝導人工量子系が、ノイズの影響を受けずにほぼ完全に動作することを実証したのは世界初だという。

研究チームは今回、従来の1000分の一にあたる1ナノ秒程度というごく短い時間スケールで、2000個の超伝導量子ビットを同期的に動作させるデバイス制御技術を開発。熱雑音の影響が量子ビットに現れる前に、短時間でシミュレーションを終わらせることにより、量子力学に基づく量子相転移の理論の正確な検証を可能にした。アナログデバイスである量子ビットの持つ誤差を精密に補正するキャリブレーション技術を開発してデータの信頼性を大きく向上させたことも、今回のシミュレーションの成功に寄与したとしている。

量子アニーリングマシンを用いた従来の量子シミュレーションでは、実行に1マイクロ秒以上の時間が必要だったため、その間に熱雑音が混入し、純粋な量子力学理論とは十分には一致しないデータしか得られていなかった。今回の技術を応用することにより、古典コンピューターでは検証困難な規模の動的量子現象を量子シミュレーションで解明することが可能になり、物質の量子力学的な性質の研究やそれに基づく開発が進展することが期待される。

研究は、東工大、Dウェーブ（D-Wave）、埼玉医科大学、南カリフォルニア大学との共同研究として実施され、ネイチャー・フィジックス（Nature Physics）のオンライン版に9月15日付けで掲載された。

（中條）

物質・材料研究機構（NIMS）の研究チームは、太陽光に対して20％以上の光電変換効率（発電効率）を維持しながら、1000時間以上の連続発電に耐えるペロブスカイト太陽電池（1センチメートル四方）を開発した。この太陽電池は、約100℃でプラスチック上に作製できるため、汎用太陽電池の軽量化も可能になるという。

研究チームは、ペロブスカイト太陽電池の電子輸送層とペロブスカイト層の界面に、フッ素原子を有することで撥水性を持たせたヒドラジン誘導体を導入。これにより、電子輸送層を通じてペロブスカイト層に侵入する水分子を遮断して太陽電池の耐久性を高め、発電ロスの原因となるペロブスカイト表面欠陥の形成を抑えることに成功した。また、正孔輸送層とペロブスカイト層の界面にホスホン酸誘導体を導入することにより、正孔輸送層の欠陥を減らし、太陽電池の効率を向上させた。

ペロブスカイト太陽電池は、従来のシリコン太陽電池より製造コストが安く加工しやすい次世代太陽電池として注目されている。しかし、水分との反応により劣化しやすい特徴がある。高い光電変換効率と長期耐久性を両立させるために、いかにして各層と界面での電子と正孔のスムーズな移動を保ちつつ、水分子を遮蔽する界面制御をするかが課題となっている。

研究成果は、アドバンスト・エナジー・マテリアル（Advanced Energy Materials）に2022年8月17日付けで掲載された。

（中條）

沖縄科学技術大学院大学（OIST）、アイルランドのダブリン大学トリニティカレッジ、オーストラリアのクイーンズランド大学の共同研究チームは、量子誤り訂正（QEC：Quantum Error Correction）の新技術を考案。ノイズを含む部分的な「シンドローム測定（2つの隣接する量子ビットの向きが揃っているかどうかを評価すること）」から、誤りを迅速かつ効率的に検出し、訂正できることを示した。

研究チームが考案した量子誤り訂正の手法では、強力な従来型のコンピューターを「推定器」として使う。推定器が量子コンピューターの量子ビットを連続測定することで誤りを検出し、適切なフィードバックをして誤りを訂正する。同チームが「連続測定」と呼んでいる今回の手法は、これまで量子誤り訂正に使われてきた「射影測定」よりも高速で、資源効率も良く測定できるという。

研究成果は、科学誌フィジカル・レビュー・リサーチ（Physical Review Research）に9月14日付けで掲載された。研究チームは、この新しい量子誤り訂正の手法は理論モデルに基づくものであるため、量子コンピューターを用いた実験によるさらなる検証が必要になるとしている。

（中條）