バイオとナノの界面を制す

生物とエレクトロニクスを繋ぎ、新しいデバイスを生み出す。

「東大大学院では指導教員の秋山英文教授のもと、半導体のナノ構造を使って新しいレーザーをつくるという研究テーマに取り組みました。精緻なレーザーの肝は、ナノ構造の凸凹をいかに減らせるか。構造が均一なほどデバイスの性能が高まるのです。この考え方を界面にも応用し、いかに安定したペプチドの構造をつくるかを最初の課題としました」

従来の研究ではあまり重視されなかった界面の安定性や規則正しい構造を追求し、その上でどんな物理現象が起きているか観測することに着目した。そうすることで、ペプチドと溶液中の水やイオンとの関係、電圧をかけたときの働きなど、いまは未知となっている固体表面上の反応を観測し、分子レベルでの理解が進むことが期待される。その緻密な界面設計の先に、これまでとは違う機構で動くバイオセンサーの実現が見えてくる。

「研究室では『ペプチドの気持ちになりなさい』というキーワードがよく出ます。キレイな界面というステージでペプチドがどう振る舞うかを観るには、登場人物も舞台もきちんと設定しないといけないんです」
界面では分子が互いに折り合いをつけて全体として自己組織化し、安定している。その舞台を俯瞰して、どんなシーンが繰り広げられるか想像しながら設計と実験を繰り返す。「この研究では、言わば群像劇のプロデューサーとディレクターを両方やらないといけないんです」と早水准教授は笑う。

そもそもの理工系への興味、そして研究全体を見渡す視点や素養は「小学校2年生のとき、父親に連れられて行った天体観望会が原体験」と早水准教授。ワシントン大学での研究時代は、あらゆる分野の研究者がいる中で、分野間の考え方の違いを感じたと言う。「当時は、物事をシンプルに考える物理の発想を鍛え、それが現在につながっています。ただ、21世紀の物理は生物などの複雑な知識と絡む中から新しいサイエンスが生まれるとも言われていて、今は自分なりに試行錯誤しています」
我々生物は知識と仕組みの宝庫であり、それをうまく利用できれば新たなデバイスができるということが生物とエレクトロニクスの融合の魅力。その躍動する研究分野をひた走る早水准教授は「今の自分が固定観念を持っていないか常に疑いながら、新しい発想を受け入れる体制をつくること」をモットーとしている。
「人と人との関係は大事だし、異分野融合の醍醐味です。ワシントン大学で研究できることが決まったのも、産総研時代に飯島澄男先生（現産業技術総合研究所名誉フェロー）に仲介いただいたおかげ。そのご縁で今も共同研究が続いています」
他にもマンチェスター大学、アーヘン工科大学やマックス・プランク研究所などとの共同研究が広がっていったのは、大学院時代の秋山教授の教えと、産総研時代の出会いがあったからこそ。共同研究は現在、企業ともプロジェクトを進行中で、内閣府による戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）により超高感度匂いバイオセンサーの開発を行っている。
「オリンピック時期にインバウンドの増加を踏まえ、空港の検疫犬に代わる社会インフラの整備が、企業側から提案いただいて立ち上がりました。お声掛けいただいたご期待に応えたいと奮闘しています」

現在、東工大で研究に打ち込む早水准教授 は、ワシントン大学時代に東工大のテニュアトラック制度の公募に参加し、東工大の教員となった。「ワシントン大学で1年経った頃に、さきがけ専任研究員として研究費をいただけることになり、成果発表会で年に2回、日本に帰ってくることができました。その際にテニュアトラック制度の情報を得ていたのですが、その帰国しているタイミングで東日本大震災が起こったんです」
翌日アメリカに戻れたが、「日本から逃げてきたみたいな意識になった」と振り返る。「アメリカでは毎日のようにニュースが流れるのに自分は普通の生活をしている。それに負い目を感じ、日本に恩返しをしたいという気持ちが芽生え、テニュアトラック制度に応募しました」
その思いを今も胸に、まだ見ぬデバイスの開発に邁進する。「コロナウイルスなどの感染症が大きな影響を及ぼすこれからの時代、バイオセンサーのような研究分野の広さと深さ、そして責任感は計り知れません。身が引き締まる思いで、固体と液体のサイエンスを深掘りし、分子レベルで理解するための新しい研究スタイルを追求する今の取り組みをさらに進めていきたいですね」

• 物質理工学院 材料系

（2020年取材）