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2020/06/12InformationOur research achievement was published in the JST Breakthrough report.
2020/09/10Articles[Small Methods] Nanosized Core–Shell Zeolitic Imidazolate Frameworks‐Based Membranes for Gas Separation
2020/05/13Articles[J. Mater. Chem. A] Tuning the morphology of segmented block copolymers with Zr-MOF nanoparticles for durable and efficient hydrocarbon separation membranes
2020/03/21Articles[J. Membr. Sci.] Nanodiamond mediated interfacial polymerization for high performance nanofiltration membrane
2019/11/08Articles[Angew. Chem. ] Rational Tuning of Zirconium Metal–Organic Framework Membranes for Hydrogen Purification
2019/12/20Global VoicesHow to pull the 4th Industrial Revolution towards Cleantech days?
2019/12/26InformationPureosity lab Open day Schedule
2020/01/24InformationiCeMS Day
2019/06/20InformationPrinting Pictures with Cracks – Our work in Nature Journal
2019/07/02Articles[Nature] Structural colour using organized microfibrillation in glassy polymer films
2019/05/30Global VoicesThe second best time is now.
2019/03/20InformationPureosity lab featured in the Kyoto magazine
2018/11/22VideosWhat brought you to Pureosity?
2018/07/18Global VoicesHere are six bold ideas to accelerate sustainable energy innovation.
2018/06/12InformationPublished in Yomiuri Newspaper
2018/04/08Global VoicesAska Hamakawa / Earth Company
2017/12/16Global VoicesBio Bus – Green School
2017/09/20Global VoicesKOPERNIK・Toshihiro Nakamura (Co-Founder & CEO) Part 1
2017/11/10NewsColoring the Heartbeat
2017/06/06InformationPress Release [Revolutionary New Materials for Troubled Carbon Times: Super Filters the World Can Afford]

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太陽はこの地球に豊富なエネルギーを放射しており、そのエネルギーは炭化水素燃料とは異なり、近い将来に枯渇することはないでしょう。しかし、全世界の電力供給において、ソーラーパネルで得られる太陽光エネルギーで供給される電力はわずか3％なのです。気候変動に急かされる中、今後数十年に渡って太陽光エネルギーの供給はますます拡大するでしょう。ですが、それを実現するためには、より効率的なテクノロジーが必要とされています。ソーラーパネルの性能を向上する上で求められていることの１つは、よりエネルギー変換率が高い材料を発明することです。ですが、“新しい材料”はコストの増加を伴うことが多々あり、研究者達はその代替戦略の開発を懸命に努力しているのです。

Nature Sustainabilityに掲載された論文によると、アッブドーラ国王科学技術大学：KAUST（サウジアラビア）と香港理工大学に拠点を置く研究グループが、夜間に大気から集められた水分がソーラーパネルの効率（エネルギー変換率）を高める可能性があることを発見しました。同研究グループは、炭素系ナノチューブ、ポリマー、および塩化カルシウム塩からなる複合材料による実証研究を行いました。実証研究はシリコンソーラーパネルの下にこの複合材料の薄層を取り付けることによって行われました。この複合材料は吸水性とゲル化する特性を持っているので、温度が下がる夜間に蒸気を凝縮した水滴にし、ゲル化できる可能性があります。日中に温度が上昇すると、このゲルは水蒸気を放出してソーラーパネルを冷却するのです。そしてこの実証研究の結果、同研究グループはこの複合材料によってソーラーパネル全体の効率をほぼ20％向上させることに成功したのです。

Pureosityジャーナルクラブでこの論文を紹介したBehnam Ghalei准教授は、ソーラーパネルの性能を向上する上で、この研究で開発された方策は環境に優しい方法であると考えているそうです。 Ghalei准教授は「現段階において、ソーラーパネルのエネルギー効率が0.2~0.3% 向上しただけでも大成功なのです。なのに、この研究グループは目覚ましい改善（エネルギー効率の向上）を達成しました。」と述べ、「しかし、このような技術の実装には、長期的な用途におけるゲル材料の風化と劣化による限界があるのではないかと考えています。」と述べました。

紹介した論文のオリジナルはこちらでご覧になれます：www.nature.com/articles/s41893-020-0535-4

The sun radiates abundant energy to our planet, an

The sun radiates abundant energy to our planet, and unlike hydrocarbon fuels, it will not deplete anytime soon. However, only 3 percent of the total global electricity supply comes from solar energy, which is harvested by solar panels. Over the next few decades, our capacity will likely expand more and more under the pressure of climate change. Nevertheless, to make this happen, we need more efficient technologies. One way to enhance the performance of solar panels is to invent new materials with a higher conversion rate. Nevertheless, as new materials often increase the cost, the researchers strive to develop alternative strategies.

A group of researchers based at King Abdullah University of Science and Technology (Saudi Arabia) and Hong Kong Polytechnic University found that the moisture collected from the atmosphere at night could enhance solar panel efficiency. In their study published in Nature Sustainability, the researchers demonstrated a composite material consisting /of carbon-based nanometric tubes, polymers, and calcium chloride salt. They attached a thin layer of this composite material underneath the silicon solar panel. This composite could condense vapor into water droplets at night because of its water-absorbing nature and turns into a gel. When the temperature rises during the day, this gel releases water vapor and cools the solar panel. As a result, the authors achieved a nearly 20% improvement in overall efficiency.

Associate Professor Ghalei of Pureosity thinks that this strategy is an environmentally friendly way of improving solar panel technology. “Even a few-tenths of a percent enhancement in the energy efficiency of solar panels would be a big success at the moment. Bust these researchers accomplished remarkable improvement,” he said. But he also believes the implementation of such technology may have some limitations due to the weathering and degradation of the gel materials in long-term applications.

Here is the link to the paper: www.nature.com/articles/s41893-020-0535-4

身体の健康状態をチェックする上で、心臓、脳、筋肉組織の活動を監視（モニタリング）するのは不可欠なことです。身体の器官や組織をモニタリングする率直(簡単)な方法は、その電気信号を記録することです。 “電極”と呼ばれる特別なデバイスを皮膚組織の上に配置することによって心臓や脳、筋肉組織の電気信号を記録するのです。モニタリングの際、この電極が皮膚にどれだけしっかり（継続的に）接触しているかが、記録がうまく行われるかどうかを左右します。そのため、研究者は電極の材料と設計を改善しようとし続けているのです。

最近Nature Communicationに掲載された論文によると、Jianyong Ouyang教授の研究チームが、ポリマー（高分子）材料を用いた電極を使用して高品質の生体電気信号モニタリングが行える（機能する）ことを示しました。導電性ポリマーの一種で、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)（PEDOT）とポリスチレンスルホン酸（PSS）から成る複合物、PEDOT：PSSというポリマーを用いた材料です。このポリマー材料は、電導性に加えて優れた接着性、伸縮性、および生体適合性を持っています。同研究チームはこの研究で、ポリマー材料を用いた電極が乾燥肌と濡れた肌の両方で機能し、体の動きに対する対応性も非常に高いことを観察しました。また、同研究チームが開発した電極が従来のドライ電極またはゲル電極よりも優れた性能を発揮することを示しました。

Pureosityジャーナルクラブでこの論文を紹介したGuoji Huang博士は、「使用する導電性ポリマーが少量であれば、ポリマー材料を用いた電極は臨床応用に非常に有望であると考えています。」と述べ、「また、この導電性ポリマーを、安価な非導電性ポリマーと組み合わせることが可能なはずです。」と述べました。

紹介した文献のオリジナルはこちらでご覧に慣れます：www.nature.com/articles/s41467-020-18503-8#Sec17

The monitoring of the activities of the heart, bra

The monitoring of the activities of the heart, brain, and muscle tissues is essential for checking the health status of the human body. A straightforward way of monitoring those is to record their electrical signals. These recordings are performed by placing special devices called electrodes on top of the skin tissue. If the electrodes remain in touch with the skin very well for a while, the recordings can be made more successfully. Thus, researchers continuously try to improve the electrode materials and designs.

In a recent study published in Nature Communication, Prof. Jianyong Ouyang and his team showed that the high-quality bioelectrical signal monitoring could be performed using a polymer-based electrode. They have a conductive polymer known as PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate)). In addition to conductivity, the polymer material provided excellent adhesion, stretchability, and biocompatibility. They observed that the polymer-based electrodes could work on both dry and wet skin and can tolerate body movement to a great extent. They have also shown that the developed electrodes perform better than the current dry or gel-type electrodes.

Dr. Guoji Huang of Pureosity thinks that “these electrodes are very promising for clinical applications if the conductive polymer can be used at a low amount.” “It should be possible to combine this conductive polymer with nonconductive but cheaper polymers,” he added.

Link to paper: www.nature.com/articles/s41467-020-18503-8#Sec17

カップに入ったコーヒーにミルクを注いでかき混ぜると、しばらくの間大理石のような模様（マーブル）が形成されます。そして、その模様（マーブル）は時間とともに消えていき、コーヒーとミルクの混合物は均一になったように見えます。では、その時間（行程）を遡ることを考えてみてください。ミルクを加えたコーヒー（混合物）は、ブラックコーヒーにもミルクにも戻れないと直感的に感じませんか？物理学者もまた、時間を巻き戻すシステムのような時間可逆性を観察したことはないので、同じ答えを出すでしょう。ですが、通常はこのような暗黙の了解（暗黙知）から科学的文脈で実証された事実に移行する大きな一歩が存在するものです。この場合、ドイツ、フランス、米国の研究グループが、乱流を使用して開発したいくつかの定量的な洞察がそれにあたるのではないでしょうか。

Physical Review Lettersにおいて、Eberhard Bodenschatz教授をはじめとする研究グループが、ポリスチレン系のミクロスフェア（ミクロン単位の粒径の高分子微粒子）をトレーサー（物質の移動や変化を追跡するために目印として添加される物質）として使用した、乱流における不可逆的な挙動の研究を発表しています。同研究グループは “von Kármán swirling flow”（カルマン渦流）実験と呼ばれる代表的な実験設定を使用しました。この実験設定と、高速データ収集、および高精度の画像再構成（3次元）により、乱流内での粒子の変位を正確に研究することを可能にしたのです。精巧な定式化を開発することによって、同研究グループは短い時間枠で反対の時間方向（時間を巻き戻す方向）に行った場合に何が起こるかを分析することに成功しました。この分析によって、乱流は時間的に非対称であることが科学的に実証（確認）されたのです。つまり、上記にあるコーヒーとミルクの混合物がブラックコーヒーとミルクに戻ることはありません！

Pureosityメンバーの山口大輔氏は、この研究におけるデータ収集と分析的定式化の正確性についてジャーナルクラブで議論しました。山口氏は「この研究は、（その先である）長い時間枠における状況に対して深い疑問を投げかけるものでもあり、興味をそそられます。」と述べ、「同じ観察がより長い時間枠に当てはまるかどうかを解明する必要があります」と述べました。乱流についての研究は依然として深遠なようです。
紹介した文献のオリジナルはこちらでご覧になれます:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.054501

A marble pattern forms when milk is poured and sti

A marble pattern forms when milk is poured and stirred in a cup of coffee for a while. The marble pattern also fades away in time, and the mixture becomes uniform to the eye. And, what if we would go back in time? We intuitively feel milk-added coffee cannot go back to black coffee and milk. And, a physicist would also give the same answer as we never observed the time reversibility of such a system. Nevertheless, there usually exists a big step from a piece of tacit knowledge to a demonstrated fact in a scientific context. A group of researchers from Germany, France, and the USA and now developed some quantitative insights for a similar mixing event using turbulent flow.

In their paper published in Physical Review Letters, researchers studied the irreversible behavior in turbulent flow using polystyrene-based microspheres as tracers. They used a classic experimental setting called the “von Kármán swirling flow” experiment. This setup, high-speed data collection, and high-precision imaging reconstruction (in three-dimension) allowed the researchers to study displacement of particles precisely in a turbulent system. By developing an elaborate formulation, they could analyze what happens if we go in the opposite time directions (backward) in a short timeframe. Their analysis eventually confirmed that the turbulent flow is asymmetric in time; there is no going back!

Our member Assoc. Prof. D. Yamaguchi discussed the elegance of data acquisition and analytical formulation. “This work is also intriguing because it opens a deeper question for longer-term situations,” he said. “We need to figure out if the same observation holds for longer time frames,” he added. The quest to understand the turbulent flow seems still profound.

You may find the original paper here:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.054501

リチウム・空気電池は、理論的に非常に高いエネルギー密度を持つとして、多くの研究者に感銘を与えました。（通常、従来のリチウムイオン電池の10倍です。）金属空気電池を製造するための選択肢はリチウムだけではありませんが、リチウムは性能の点で際立っています。それにもかかわらず、リチウム・空気電池の概念には実用的な障害があるのです。

最近 ACS Nanoに発表された論文によると、中国の吉林大学の科学者達が、金と銅を基盤としたナノ材料の組織とまったく同じ陰極と陽極（を使う、対称的な（一対の）リチウム酸素電池を開発しました。この階層式ナノ材料は、金でコーティングされた銅ナノニードルを発泡体の銅の上に直接成長させることによって合成されました。このナノ材料の高い多孔性は、酸素の拡散や陽極での放電生成物の収容に有益です。さらに、4ナノメートルの厚さの金層によって、陰極にリチウムを均一にメッキする事が可能になりました。開発した陽極電池は、サイクル期間における寿命が最大1000時間を示し、市販品と比較して優れた性能を発揮しました。

Pureosity ジャーナルクラブでメンバーのDetao Qin博士は、「過去10年間、リチウム空気電池の開発に多大な努力が払われてきましたが、商業化への明確な道筋はないままの状態でした。」と強調し、「まだその道のりは長いかもしれませんが、この研究によってプロセスがスピードアップするかもしれないと考えています。」と述べました。また、Qin博士は「副反応を制御することは、バッテリーの寿命を延ばすための鍵となります。」とし、「たとえ寿命の問題が解決されたとしても、この研究で開発された電池は実用的な用途に使用できる可能性があると考えています。」と述べました。

紹介した文献のオリジナルはこちらでご覧になれます：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.9b08844

Lithium-oxygen (air) batteries impressed many rese

Lithium-oxygen (air) batteries impressed many researchers with their super high theoretical energy density. (Typically ten times of the traditional lithium-ion batteries.) Lithium is not the only option for building metal-air batteries but stands out in terms of performance. Nevertheless, the lithium-oxygen battery concept suffers from practical obstacles.

Recently, the scientists from Jilin University, China, developed a lithium-oxygen battery whose anode and cathode have exactly the same hierarchical material system. This hierarchical nanomaterial was synthesized by growing gold-coated copper nanoneedles directly on a copper foam. The high porosity of this nanomaterial is beneficial for oxygen diffusion and the accommodation of discharged products in the cathode. Moreover, the 4-nanometer-thick gold layer enabled uniform lithium plating in the anode. Compared with a commercial product, the developed cathode demonstrated superior performance with a cycle lifespan of up to 1000 hours.

Our group member Dr. Detao Qin emphasized that “intensive efforts have been made for developing lithium-air batteries in the last decade without a clear path towards commercialization.” He thinks there is still a long way to go, but this work might speed up the process. “Controlling the side reactions is the key for elongating the battery lifetime,” he said. “Even the lifetime problem is solved by retaining their good performance, these batteries might have a chance for practical applications,” he added.

You may find the original paper published on ACS Nano here:

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.9b08844

結晶は、私たちの目には完全に均一な物質であるかのように見えます。しかし、実際にはほとんどの結晶が、粒子と呼ばれる結晶を構成している“更に小さな結晶”によって形成されています。そして同じ結晶構造を持つ物質でも、その粒子の特性が異なると、著しく異なる特性を示す可能性があるのです。構成する粒子のサイズや、その境界（粒子と粒子の間に存在する界面）は、結晶の物理的特性を定義するのに必要不可欠な要素です。たとえば、試料となる１つの結晶は、構成する粒子の境界によって機械的に強度が低くなったり、導電性が高くなったりする場合があるのです。そのような重要な要素であるにもかかわらず、粒子境界（粒界）の挙動について、完全には解明されていません。

マックス・プランク研究所のThorsten Meiners博士らが、Nature誌に純銅の多結晶（多数の結晶粒で構成された結晶）の境界に形成される構造と、その変態について報告しました。この研究は、走査型透過電子顕微鏡法と呼ばれる非常に強力なタイプの顕微鏡法を使用して行われました。Meiners博士らは、純銅結晶を構成する微結晶の境界にドミノタイル（ドミノ）とカキの殻（パール）の境界に似た形状の13個の原子で構成される２つの構造（DominoとPearlと名付けた２つの構造）の共存を発見しました。ドミノとパールの構造の安定性と変換は、計算シミュレーションを使用して計算されました。詳細な分析の末、同博士らは、パール構造は安定しているがドミノ構造は安定でも不安定でもない（準安定）であると結論付けました。また、この研究でドミノ構造が200度を超えるとパール構造に転移することも明らかになりました。興味深いことに、物質に物理的なストレスがかかると、パールの構造がドミノの構造に変わるのです。このような構造変化の発生は、金属混合物（合金）では知られていましたが、単一の金属で発生するという直接的な証拠はこれまでありませんでした。

先日のPureosityジャーナルクラブで、伊藤真陽助教がこの研究を紹介しました。伊藤助教は「多結晶の特性が粒界の構造に影響されることはよく知られています。これからも続々とその構造転移の事例が報告されるでしょう。」と述べ、「粒界の構造を制御する原理を理解することで、多結晶の特性を応用する上で性能（多結晶マテリアルの物性）の劇的な改善が期待できると考えています。」と述べました。

紹介した文献のオリジナルはこちらでご覧になれます；

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2082-6

The crystals look perfect to us as if they are ent

The crystals look perfect to us as if they are entirely uniform materials. However, in reality, most crystals are formed by tiny crystals, called grains. And, the materials with the same crystal structures might show noticeably different properties if the properties of their grains are different. Not only the sizes but also the boundaries of these grains are critical for defining the physical properties of the crystals. Nevertheless, we do not fully understand how these grain boundaries behave.

Meiners and colleagues reported on the structures formed at the grain boundaries of pure copper polycrystals [crystals with grains] and their transformations. They used a very powerful type of microscopy called the scanning transmission electron microscopy. They observed the coexistence of two structures composed of 13 atoms with shapes similar to domino tiles (Domino) and oyster shells (Pearl) boundaries. The stability and transformation of both structures were calculated using computational simulations. At the end of a detailed analysis, they concluded that while the Pearl structure is stable, the Domino is neither stable nor unstable (metastable). They also found that Domino parts transform into Pearl above 200 degrees. Interestingly, when they physical stress to the materials, Pearl structures transformed into Domino. The occurrence of similar structural transformations was known for metal mixtures (alloys). However, there has been no direct evidence that structural changes occur in single metals.

In the Pureosity journal club, Asst. Prof. M. Ito introduced this research recently. “We knew before very well that the properties of polycrystals [crystals with grains] are influenced by the structure of their grain boundaries, but it was not appreciated enough,” he said. He expects more studies to be reported on the same topic in the future. He believes “this behavior should not be unique to copper.” He also believes that understanding the principles that control the structure of grain boundaries could lead to dramatic improvements in the properties and application performances of polycrystals.

You may find the original paper here: https://www.nature.com/articles/s41586

哺乳類細胞は、細胞骨格タンパク質と呼ばれるタンパク繊維と細管の複雑で活動的なネットワークの助けを借りて、その形状を維持したり、変えたりします。哺乳類細胞は2つの部分で構成されています：細胞膜の下の密な層（皮質層）と、残りの部分を覆う疎な三次元ネットワーク（バルク部分）です。研究者達は、細胞の仕組みを調べる上で、非常に重要な機能を持っている細胞骨格タンパク質がどのように形成され、どうすればよりよく機能するかを理解したいと考えています。ただ、実際の細胞で細胞骨格タンパクを研究（実験的に確認）するのは困難な事です。

Nature Communicationで発表された最近の論文で、京都大学、九州大学、シンガポール国立大学、早稲田大学の共同研究の成果として、京都大学白眉センター特定准教授の宮崎牧人らが、人工的に構築した細胞における細胞骨格タンパク質の挙動について報告しました。同研究グループは、卵細胞から細胞骨格タンパク質を抽出しました。そして、これらのタンパク質をリン脂質分子（細胞膜の主成分）およびエネルギー発生を担う分子のカクテルと混合しました。この分子混合物（水性）を油と混合すると、細胞のような小さな液滴（人工細胞）が形成されます。この構築した人工細胞を顕微鏡で観察することによって、細胞骨格タンパク質が（人工）細胞内でクラスターを形成し、分子波を生み出すメカニズムを解明することに成功したのです。また、人工細胞が臨界サイズよりも小さい場合、これらのクラスターが細胞膜に向かって引っ張られることも解明しました。これらの観察結果は、細胞骨格の外皮と成分容積が「綱引き」のような力関係で制御しあっている細胞内成分の位置を決めるメカニズムの解明を進めるものになると期待されています。

Pureosityメンバーのカラハン博士が、ジャーナルクラブでこの論文を紹介してくれました。カラハン博士は「研究グループは、細胞骨格における力学（配置決定の仕組み）に関する重要な洞察を提供しており、この論文は分子生物学にとって大きな意味を持つと考えます。」と述べ、「また、これらの研究成果は、将来的にいくつかの生物工学的応用につながる可能性があると信じています。」と述べました。

紹介した文献のオリジナルはこちらでご覧に慣れます：www.nature.com/articles/s41467-020-16677-9

Mammalian cells maintain and change their shape wi

Mammalian cells maintain and change their shape with the help of a complex and dynamic network of protein filaments and tubules, called cytoskeleton proteins. It is composed of two parts: A dense layer under cellular membranes (cortex layer), and a rather sparse three-dimensional network covering the rest (bulk components). Since the cytoskeleton has very important functions, researchers want to understand how it forms and behaves better. However, it is challenging to study cytoskeleton proteins in real cells.

In a recent Nature Communications paper, Makito Miyazaki of Kyoto University and coworkers reported on the behavior of cytoskeleton proteins in an artificial system. They extracted cytoskeleton proteins from an egg cell. Later, they mixed these proteins with phospholipid molecules (main component of cellular membranes) and a cocktail of energy-containing molecules. When they mixed this water-based molecular mixture with oil, cell-like small droplets formed. By observing these droplets under the microscope, the researchers found that cytoskeleton proteins form clusters inside the droplets and create molecular waves. They also observed that these clusters are pulled towards cellular membrane when droplets are smaller than a critical size. These observations help explain how the cortex and bulk components of the cytoskeleton controls the positioning of cellular components like playing “tug-of-war.”

Our member Dr. Karahan introduced this work in our Journal Club activity. “The researchers provide some critical insights regarding the cytoskeleton dynamics, which is important for molecular biology,” he said. But, he believes that “these results can also lead some biotechnological applications in the future.”

You may find the paper here: www.nature.com/articles/s41467-020-16677-9

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