【水谷 亘（みずたに・わたる）＠産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門　単一分子・界面技術グループ　主任研究員】

　研究：プローブ顕微鏡、有機分子の構造生成と機能評価
　著書：『ナノテクノロジーの最前線 アトムテクノロジーへの挑戦１　ナノテクで原子分子を見る触る操る』共著、日経BP社
　翻訳：リード/ツアー「熱を帯びる分子コンピューター開発」日経サイエンス2000年10月号, 53-61
　　　　ホワイトサイズ／ラヴ「ナノ構造を作る新技術」日経サイエンス2001年12月号, 30-41

　ホームページ： http://staff.aist.go.jp/w.mizutani/
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○今週からまた新シリーズです。今回からは産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門の水谷亘さんのお話です。ナノ（１０億分の１ｍ）のスケールの技術として、ナノテクノロジーが注目されています。いろいろな期待が高まっていますが、ナノテクノロジーは多種多様、様々な技術を含んだ幅広い概念の言葉です。その中の一人はどんな研究をなさっていらっしゃるのか。ご研究の一端を伺ってみようと思います。（編集部）

…前号から続く　（第２回）

[04: 「ナノテクノロジー」の定義は]

■私らは本当にSTMを作るところから始めたもので、平面にいろいろなものをナノスケールで並べるようなのが一番もとにあるんですね。
　だから表面をどれだけきれいに見て、表面にどんな構造を作るかという、そこがベースにある。だから材料っぽい話というのは、これもナノテクなのかなという気はしてますね。

○材料っぽいというのは？

■ナノテク関連の本をいろいろ読んでみると、例えばアルミ合金が載っているんです ね。ナノオーダーで成分が混じり合っているので非常に化学的強度があるよと。

○だからナノテクノロジーだよ、という形で載ってますね。

■ええ。そういうレベルの話というのは、材料技術の進歩であって、ナノテクノロジーと言っていいのかなという気はします。
　もちろん、成分がちゃんと混じり合っているとか、そういうところは電子顕微鏡なりなんなりで調べるわけなんですけれども、それはちょっと違うんじゃないのというのが正直なところですね。まあ、私の意見ですが。
　世の中ではもうそれはナノテクノロジーとして認知されてるのかもしれないし、ナノテク産業の市場規模の中には、そういうものも入っているんでしょうけどね。

○でしょうね。ナノテクノロジーのナノテクの将来マーケット予測は数字にばらつきはありますが、一説には２００５年には２兆円、１０年後に３０兆円と言われていますね。ナノテクノロジーはいま、IT、バイオ、環境などすべてを包括する基幹技術として捉えられているようです。実に幅広い意味で「ナノテクノロジー」という言葉は使われている。
　じゃあ、逆に水谷さんがお考えになっているナノテクノロジーというのは、定義するとどんな感じですか？

■やっぱり「微細構造を作る」というのをメインに私は考えています。

○半導体リソグラフィーは入る、入らない？

■入ります。

○入ると思いますか。

■ええ。リソグラフィーでもトップダウンとボトムアップがあって、我々はその中間みたいなところを狙おうかとかいうことを考えているわけなんですけれども。

○では、クラスターとかエピタキシーとかは入るんですか、入らないんですか。

■クラスターは材料にむしろ近いなという気はしているんですけれども。ただ、微粒子をまた並べるとか、そういう、もう一加工するとやっぱりナノテクかなというイメージを持ってますね。
　つまり、微粒子の表面を例えば有機分子で覆っておいて、それを粒子間の間隔を制御しながら基板に置いて並べるとか、そういう、微粒子を「ナノの部品として扱う」センスが出てくるとナノテクノロジーだと思うんですけど、単に微粒子ができましたと言われても、「うーん」という感じですね。

○逆に、ケミストリーの人たちは、昔からそういうことをやってましたよね。

■そうなんですよ。

○それで、結構びっくりするようなことができるわけじゃないですか、合成の人たちがやると。そんなものが合成できるのかと思えるようなことができる。それをナノテクノロジーに入れちゃうのは逆に――。

■失礼なのかもしれないですね（笑）。もっと歴史がある話なんだよね、確かに。

[05: ＳＴＭで何を見るか]

○逆に、水谷さんがやっていらっしゃるような仕事でも、それこそＳＴＭをお作りになっているところからやっているわけですから、いろいろと歴史があるわけですよね。
　そもそもＳＴＭで並べてやろうというような話に対して、水谷さんご自身が取り組み始めたのはいつごろからなんですか。

■私は主に有機分子をＳＴＭで見られるかということから始めたんです。

○最初から有機分子だったんですか。

■ＳＴＭを最初に作り上げるときは、原子像をとにかく見たいねと。それで、とにかく日本では最初に原子像を出そうということで、シリコンとそれからグラファイトとそれからNbSe2（ニオブセレン）かな。

○NbSe2というのは？

■ニオブとセレンの化合物でグラファイトみたいな層状物質なんです。ちょうど電総研でそれを専門に作っている人がいて、その良い試料があるからそれを見てよと、そうするとオリジナルな仕事になるよという話でね、それでやってましたね。

○「良い試料」ということは、悪い試料もあるわけですか。

■うん、やっぱり結晶作りをやっている人だと、大きな粒の結晶があれば−−ＳＴＭの場合プローブですけれども、アプローチするときに非常にやりやすいし、純度もいいと。だからどこを見てもちゃんと結晶の原子配列が見えるわけです。そういう意味で「良い試料」と言っています。

○それをご覧になったのは、何年ぐらいですか。

■１９８５年とか１９８６年とか、それぐらいですね。

○じゃあ、留学の−−？

■５年ぐらい前ですね。
　私は電総研に入ったのが１９８３年で、２年ぐらい例のポンプをやっていて。それからＳＴＭをやって１〜２年かそこらでという感じですね。
　ＳＴＭの目途がつくと、じゃあ、ＳＴＭを使ってどういう研究をやりますかという話が始まって、それでシリコンをやる人とか、超伝導体をやる人はいたのですが、有機物とか生物をやろうという人はあまりいなかったんです。
　やっぱり産業的な応用で考えると、シリコン表面とかガリウムヒ素とか、半導体の需要が多いんですけども、ちょっとそういう、あまりにもいろいろな人が世界中でやっている話は避けて（笑）、あまりやっていないところでおもしろいのはないかね、ということで。
　それで、ちょうど「ＬＢ膜（Langmuir-Blodgett膜。単分子累積膜）の分子が見えた」という話が出たんですよ。あれも１９８６年ぐらいだったんですけれども。それで、電総研にもＬＢ膜をやっているグループがあると。杉道夫先生です。

○杉道夫先生？

■今は桐蔭学園横浜大学の教授です。やはり、当時も「分子エレクトロニクス」のような話はあったんですよ。
（ＬＢ膜についてはナノテク部門の池上さんの解説がありますので、参照してください。
http://www.etl.go.jp/~4221/LB.html ）

○IBMのアビラムとラトナーが１９７４年に分子を機能単位とした電子回路を提案したんだそうですね。それから１０年後くらいの話ですね。

■当時はＬＢ膜が「分子エレクトロニクス」の主流でした。ＬＢ膜で、ある種の分子を並べて、積層構造にして電極でサンドイッチするとダイオードができましたとか、光起電力が出ましたとか、そういう、ある意味では分子の非常にバルクな性質だと思うんですけどね、その性質を使ったものでした。
　それの一環として、じゃあ、ＳＴＭでそういう分子が見えないかなという話が始まったわけです。

○なるほど。それで？

[06: 分子原子の様子を、実際に見る]

■実際にやってみるとＬＢ膜というのは、非常にＳＴＭで見るのが難しくって、そんなに簡単じゃなかったんです。ＳＴＭで分子の配列がよく観察されたのはむしろ液晶分子ですね。

○液晶？

■ええ。液晶分子をグラファイトのような平坦な基板の上に並べると、しっかりと分子間で相互作用してきれいに配列するんです。それを見る仕事がわりと再現性がよく出て、一時期すごくはやったんですよ。私もやっていたんですけれども。

○それを見ることによって、何がわかるんですか。

■液晶の配列というのは、いろんな状況証拠からこういうふうに分子の頭どうしがくっついているとか、ヘッド・トゥー・テールで並んでるとか、スメクティックだとか、ネマティックだとか、いろんなことがいわれてました。
　だけど、実際に分子一個一個が並んでいる様子というのは電子顕微鏡でも見えないので、じゃあ、本当にどうなっているか直接調べる方法はないのか、という興味があったわけです。

○なるほど。

■それで実際に液晶分子を観察すると、グラファイトの上なんですけど、きれいに並んでいてドメイン・バウダリーが見えるだけでなく、分子の形もある程度見えたのです。アロマティックな部分、要するにベンゼン環のところはちゃんとベンゼン環らしく見えると。それで、これはどういうメカニズムで見えているんだろうねと、そんな話を議論して、それで私はドクターを取りました。学部卒で電総研に入って8年ぐらいかかったかな。ちょうどIBMに行く前に博士号が間に合って、それでポスドクとして行くことができました。

○そのときの意味はやっぱり原子・分子を直接見ようというのが、まずあったわけですか。

■そうですね。モデルとして、あるいは平均としての物性測定から、こうなっているはずだということはいろいろ判っていました。例えば、「シリコンの7×7構造」という有名な表面構造があるのですが、電子ビームの散乱パターンを解析してこんな形に原子が並んでいるであろうというモデルが作られていたんです。じゃあ、実空間で本当はどうなっているのというのは、だれも見たことがなかった。それを初めて見たというので、非常にインパクトがありました。それでSTMの実力が認められたわけです。
　周期的な構造だけなら電子線回折などで見えるんですけど、次に周期的じゃない構造を見ようとするとＳＴＭしかないと、そういう認識になっていました。

○ああ、何となく思い出してきました。あのころは確かにそういう、バルクからアトム、あるいはクラスターへ、みたいなキャッチフレーズがあって、実際に原子・分子を見ようというのが、当時の一般科学雑誌にも、いっぱい載ってましたね。
　そういえばそうでしたね。NHKが、ナノ何とかっていうような番組を作ったりしていたころですよね。原子分子を見ることそのものが面白いような雰囲気が一般科学の世界にもありました。

■そうです。

○あの当時はなぜ、みんな原子を見ようという方へ流れていったんですかね。取りあえず、見られるんだったら見てみようよという感じだったんでしょうか。

■そうですね。いったいどういう物質だったら見られるの、どういう処理をしたら原子が見られるのというその辺の興味。サイエンティフィックな興味ですね。だから、「これを見て何の役に立つのか」とか、そういうことはあまり考えていなかったと思いますけどね。

○水谷さんご自身も？

■そうですね。分子が見られたら非常におもしろい。特にバイオ的なタンパク質の構造とか、あるいはDNAとかが見えないか、シークエンシングができないかとかね、まだ非常に原始的なレベルで、とにかくやってみようよという感じでしたよ（笑）。

○シークエンシング？ じゃあ、DNAの構成分子を見て、直接シーケンシングしようみたいな、そういう話もあったんですか。

■あったんです。だからアトムテクノロジーの初期というか、バイオグループの一つの目的として、シークエンシングができるんじゃないのという話があって。

○ハハハ、直接ですか。

■うん、直接。だけどアメリカのゲノムプロジェクトでどんどん進んでしまって、ああいうショットガン式ですか、あちらの電気泳動の技術進歩の方がずっと早かったということで、アトムテクノロジーが終わる前にそちらで全部読まれちゃったという経緯がありますけど。

○今考えると、それはすごく遠大な野望ですね。直接見て、全部読んでやろうなんていうのは。

■ただ、その技術、そういうトライアルの副産物みたいなものがいくつかあります。例えば、今、SNP(スニップ)とかいわれていますよね。1塩基対が違っているのが一種の個性になるという。人間のゲノムが解読されたら、今度は個人のDNAのどこが違っているかが重要になってきます。だから、SNPがどこにあるのかを調べる効率がいい方法を開発する必要があって、その一つとしてハイブリッドを作るんですね。ノーマルなDNAとそれから一つだけ塩基対が異なるのと混ぜちゃって、それでもう一回、結合し直すと、ミスマッチペアを持ったのができるんですね。そこに結合するマーカーになるようなタンパクがあって、結合させておいてAFMで観察すると、DNAのどの部分にそれが結合しているかということで、そのSNPの位置が判ります。そういう研究は今もやって、その基本となる技術はアトムテクノロジーで確立されたわけです。

○ワーッと解析するんじゃなくてですか。

■ええ。分解能が高いとういことでね。だから、100塩基対とかもうちょっと絞りこめるのかな。だからAFMによるDNAの観察技術は、シークエンシングできなくても無駄というわけじゃないんです。まあ、今から考えると、直接シークエンシングしようというのはかなり無謀な考えですね。今は笑い話となるんですけど。アトムテクノロジーが始まったときには、DNA観察自体も確立していなかったのに、従来の手法よりも10倍ぐらい速く読めますよと、提案書には書いてました。

○ふーん……。

[07: セルフ・アセンブル膜]

○じゃあ、IBMの方に行かれてからは、どういうご研究だったんですか。

○次号へ続く…。

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◇朝日　７５歳で研究室を新設、有機化学者向山光昭さん
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◇朝日　家庭のパソコンがスパコン以上に　グリッド化で高速処理
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◇インターネット・ウォッチ　「グリッド」は誤解されている　〜産総研グリッド研究開発センター長・関口智嗣氏
http://watch.impress.co.jp/internet/www/article/2002/0920/grid.htm

◇読売　幽体離脱！右脳の電気刺激、肉体の外に意識出た感じ
http://www.yomiuri.co.jp/00/20020919i405.htm

◇毎日　反水素原子：大量生成に成功　東大などの国際研究グループ
http://www.mainichi.co.jp/news/flash/shakai/20020919k0000m040198000c.html

◇毎日　米アイロボット　200ドルの自走型掃除ロボットを発売
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◇毎日　3次元構造のトランジスター技術を開発　インテル
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◇毎日　中規模のブラックホール２個発見　ＮＡＳＡ発表
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◇毎日　究極の雑誌懸賞　死後に人体冷凍保存と蘇生−−愛読者１人に英科学週刊誌
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◇毎日　研究者：大学院卒は期待外れ　民間企業の評価厳しく
http://www.mainichi.co.jp/news/selection/archive/200209/17/20020917k0000m040138002c.html

◇毎日・理系白書・課題を聞く　サミュエル・コールマンさん＝文化人類学者
http://www.mainichi.co.jp/eye/feature/details/science/hakusyo/interview2/01.html

◇毎日　青色LED訴訟　特許権は日亜化学に　中村教授への移転認めず
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◇日経エレクトロニクス　中村修二氏裁判速報
http://ne.nikkeibp.co.jp/NEWS/njudge/

◇日本労働研究機構　「従業員の発明に対する処遇について」（労働に関するWEB企業調査）
http://www.jil.go.jp/statis/web/200209/hatsumei.htm

◇産総研　働く人間型ロボットによる“起き上がる・寝転ぶ”動作に成功　−「転倒制御」「転倒回復技術」の実現に大きく前進−
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2002/pr20020919/pr20020919.html

◇PC Watch　働くロボット「HRP-2P」デモンストレーション公開　〜ひとりで起き上がれるようになりました
http://www.watch.impress.co.jp/pc/docs/2002/0920/hrp.htm

◇BizTech　経産省、03年度よりバイオとナノテクを融合させた研究開発事業を5件立ち上げへ
http://biztech.nikkeibp.co.jp/wcs/j/medi/207568

◇PC Watch　IDF2002 Fallレポート：基調講演編 　デジタルの未来を切り開くのはより進化したシリコンテクノロジーだ
http://www.watch.impress.co.jp/pc/docs/2002/0917/idf07.htm

◇ZDNet　人工原子を量子コンピュータのメモリに　NTTとJSTが確認
http://www.zdnet.co.jp/news/0209/19/njbt_11.html

◇ZDNet　眼病で失われた視力を回復するチップセット
http://www.zdnet.co.jp/news/0209/19/nebt_08.html

◇ZDNet　Mobile Top10：“夢の携帯”ってどんなもの？
http://www.zdnet.co.jp/mobile/0209/19/n_top10.html

◇ZDNet　携帯＋非接触IC＝？
http://www.zdnet.co.jp/mobile/0209/18/n_ic.html

◇ZDNet　ヒューマノイド“光化”計画
http://www.zdnet.co.jp/broadband/0209/18/morph.html

◇ZDNet　LCDパネル面から音が出るディスプレイを実用化　オーセンティックとNEC子会社
http://www.zdnet.co.jp/news/0209/17/njbt_09.html

◇ASCII24　“第40回アミューズメントマシンショー”が開幕
http://ascii24.com/news/i/topi/article/2002/09/19/638736-000.html

◇CNET　ブルートゥース関連技術の売上が2006年には120億ドルに
http://japan.cnet.com/News/Flash/2002/2002-0917-F-4.html

◇KEK　加速器で見る月 〜 軌道を変える潮汐力 〜
http://www.kek.jp/newskek/2002/sepoct/moon.html

◇at homeこだわりアカデミー　若者言葉を”科学”する　東京外国語大学外国語学部教授 井上史雄氏
http://www.athome.co.jp/academy/language/lng04.html

◇HotWIRED　「テロ対策にもなる」トラック用の車載情報端末
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20020919304.html

◇HotWIRED　米ロジテック、モバイルパソコン用デジタルペン発売へ
http://www.hotwired.co.jp/news/news/20020919305.html

◇japan.internet.com　IT戦略会議：IT活用、経済活性化の視点を重視
http://japan.internet.com/public/news/20020919/2.html

◇japan.internet.com　IT戦略会議：府省CIO連絡会議の設置を決定
http://japan.internet.com/public/news/20020919/3.html

◇2002年武田賞発表
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◇科学技術者のための総合リソースガイド・NetScience
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