マテリアル工学特別実験１Ａ

Advanced Laboratory Experiments forMaterials Science and Technology1A

998C809

82GRRES503

秋山　好嗣

YOSHITSUGU AKIYAMA

2024年度前期

2024/First semester

集中講義

Intensive course

先進工学研究科　マテリアル創成工学専攻

Department of Materials Science and Technology, Graduate School of Advanced Engineering

2.0単位

卒研

Graduation research

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

本専攻では、各自の独立した研究テーマを遂行するうえで、カリキュラム・ポリシーに定める「高度な専門性を要する研究開発能力を養うとともに、従来の材料工学の枠組みにとらわれない新しい視点をもった研究能力の涵養のために行われ、ディプロマポリシーの高度な専門性を要する研究開発能力を養うために材料工学分野で自ら課題を発見し解決する研究能力、並びに研究成果を発表する能力」を習得することを目指している。

このような方針のもとで、各自の修士論文では、有機合成戦略によってもたらされる機能発現を学生自ら予測し、有機・高分子合成技術を駆使したモノづくりに取り組み有機材料の機能を実証していく。また、各実験で得られた結果を解析し、自ら考察を試み、次の研究計画の立案につなげる能力を習得すると同時に、エンジニアリングとしての応用展開の可能性を学ぶ。

To execute each independent research theme, the curriculum policy requires the cultivation of research and development abilities that require a high degree of specialization, and also encourages the adoption of a fresh perspective that is not bound by the conventional framework of materials engineering. In addition, as per the diploma policy, the ability to discover and solve problems in the field of materials engineering will be required to promote graduate research and development with a high degree of specialization.

The graduate students can predict the functional expression brought about by the organic synthetic strategy in their master’s thesis, based on the above policy. It will also demonstrate their manufacturing works that fully utilize organic and polymer synthesis technologies. Furthermore, the students will be able to formulate their subsequent research plans based on the analysis and consideration of the results obtained in each experiment.

この科目は、カリキュラムポリシーの「高度な専門性を要する研究開発能力を養うとともに、従来の材料工学の枠組みにとらわれない新しい視点を持ち、より精深な学識を修める」ために開講され、ディプロマポリシーの「高度な専門性を要する研究開発能力を養うために、材料工学分野で自ら課題を発見し解決する研究能力を修得する」ための一環として行われる。

本授業では、有機合成化学と高分子合成化学を基調とした新しい機能分子の創成とその機能評価に重点を置いており、分野間に存在するバリアを排除した分野横断型の研究を目指している。特に、DNAを機能材料とみなした構造設計とマテリアル作製、および機能評価を目的とする。
To execute each independent research theme, the curriculum policy requires the cultivation of research and development abilities that require a high degree of specialization, and also encourages the adoption of a fresh perspective that is not bound by the conventional framework of materials engineering. In addition, as per the diploma policy, the ability to discover and solve problems in the field of materials engineering will be required to promote graduate research and development with a high degree of specialization.

This course focuses on the creation of functional molecules and their functional evaluation based on both synthetic organic and synthetic polymer chemistry, which means that it aims to eliminate barriers between different fields through cross-disciplinary research. In particular, its purpose is the structural design, material preparation, and function evaluation of DNA, which is regarded as a functional material.

上記の目的に照らして、本授業では以下のことを目標とする。

（１）　使用する試薬の安全性や取り扱い方法に関する知識を実験にいかすことができる
（２）　有機合成的手法によるDNA合成の原理と戦略を理解し、実験プロトコルを自ら完成させる
（３）　既報の論文と自ら実施するテーマの違いを意識しながら、実験を遂行できる
（４）　実験観察から得られる現象を新たな研究構想につなげることができる
（５）　教員の命ずるままではなく、自主自律的に作業仮説の実証を試みることができる。
（６）　研究テーマに関して、解決すべき課題について教員とディスカッションできる。

This program in master’s degree course aims that:
(1) knowledge regarding the safety of the several chemicals can be applied to actual experiments.
(2) graduate students will understand the synthetic strategies of DNA materials and develop the ability to complete experimental protocols.
(3) graduate students can carry out the several experiment while understanding the difference between the published paper and the own research subject.
(4) graduate students can explain the following rational experimental conditions based on the analysis of experimental results.
(５) working hypotheses can be provided autonomously without waiting for instructions from faculty members.
(６) graduate students can discuss the direction of their research themes and problems with their issues with faculty members.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

・自分だけでなく、他の実験者の安全を確保するために、実験時は白衣・保護メガネ・保護手袋を着用すること。
・新型コロナウィルスの影響で、実験が制限される場合があります。変更が生じた場合は、その都度、アナウンスします。
・普段の研究活動の中で、TOEIC600点相当の英語力を身につけること。
・ For all members in laboratory, all students should wear lab coats, protective goggles, and protective gloves during the experiment.
・ The effects of COVID-19 may limit the experiment in the laboratory. PI will announce any changes, if necessary.
・It is required for graduate students to acquire English proficiency equivalent to a TOEIC score of 600 through regular research activities.

ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion／グループワーク　Group work／プレゼンテーション　Presentation／実験　Experiments／実習　Practical learning

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【準備学習】
・自らが進めたい研究課題の内容を把握する
・実際に研究課題を遂行するうえで、必要な知識や実験方法の理解を深める
・使用する試薬や器具類の危険性を調べる、実験条件の詳細と共に実験ノートに記述する
・プレゼンテーションスライドの作成と発表練習を実施する
【復習】
・実験データの整理を実施する
・研究課題の内容把握および他の学生の課題との違いを理解する
・実験の操作の意味を理解したうえで再現実験に取り組む
・実験結果の妥当性を確認する
・報告会等で質問された内容を、まとめ、教員や学生で情報の共有化をはかる

【Preparation】
・ Graduate students should understand the content of the research theme they want to pursue.
・ It is necessary to deepen the understanding of necessary knowledge and experimental methods in order to actually carry out research projects.
・ It is required to describe all experimental data in the experiment notebook with the details of the experimental conditions to investigate the chemical safety.
・ Graduate students need to prepare presentation slides for presentation
【Review】
・ Graduate students need to organize all experimental data
・ Understanding the content of research projects and understanding the differences from each research projects in the group.
・ The operation of the experiment with the reproducibility should be attempted.
・ Confirming the validity of the experimental results
・ Summarizing the questions asked at the research meeting and sharing information with faculty members and graduate students.

研究課題の理解、取り組み状況、研究計画、議論、実験手技の習得、安全項目の順守などにより総合的に評価する。
Comprehensive evaluation is based on understanding of research projects, status of efforts, research plans, discussions, acquisition of experimental techniques, and safety compliance.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

修士論文のテーマに関連し、実験に必要な参考書・学術論文を随時提示する。
For this course, material prints related to the contents of each research project will be uploaded to BOX.

1.　オリエンテーション
修士課程における研究課題（有機機能材料工学）の概要、目的、最終目標を説明する。以下に示す研究課題に関係した資料の配布とそれにもとづいた解説を実施する。

主な研究課題：
A.　機能性末端修飾剤の合成
B.　自己崩壊性高分子の末端機能化
C.　DNAマテリアルの作製
D.　金属ナノ粒子の線形構造化
E.　ナノプラットフォームを活用した1分子鎖重合法の確立

2.　研究課題の選択
大学院生は、教員の研究背景の理解に努める。このとき、自ら遂行したい研究分野を具体化できるように、教員とディスカッションを実施する。また、研究課題の応用の可能性について大学院生同士で議論する。

3.　研究課題の決定
教員から提示された研究課題および課題内容の資料をもとに、自ら進めたい研究課題を教員とのディスカッションにより決定する。

4.　ミーティング
個々の研究課題の相互理解のためディスカッションを実施する。必要に応じて、教員からアドバイスや研究課題の詳細について補足の説明を受ける。

5.　材料設計1
各自の研究課題を進めるために、目的とする物質をつくるための分子設計を試みる。最新の文献でどこに新規性があるのかを教員とディスカッションし、当該領域で自分の研究課題の位置づけを明確にする。

6.　材料設計2
設計ルートを自ら設定した段階で、教員とディスカッションし、自らの設計が合理的かどうかを確認する。合成計画の方針が決まった時点で、必要な試薬や器具を調べて、実際に実験を遂行するための準備をおこなう。

7.　安全講習
実験を開始するにあたって、各実験操作および使用する試薬・器具類の危険性を調べ議論する。内容理解が出来ているかディスカッションを通して確認する。

8.　準備実験の実施
各自の研究課題に共通した実験を予備実験として実施する。教員の指導のもと、安全に対する注意事項を把握する。その後、実際に、実験を開始する。このとき、各操作の意味を理解するだけでなく、使用する試薬および器具類に潜む危険性を再確認する。
このとき、各操作の意味を理解するだけでなく、使用する試薬および器具類に潜む危険性を再確認する。また、得られた実験結果に対して、予想と食い違う点があれば、ゼミ学生とディスカッションする。

9.　 中間報告
各自の研究課題のコンセプトと準備実験をスライドにまとめ、教員と学生の前でプレゼンテーションを実施する。その後の質疑を通して、自分の研究計画および今後の予定についての理解を深める。最後に、教員とのディスカッションにより、問題点を洗い出し、今後の研究計画を見直す機会とする。

10〜15.　修士論文の研究課題の実験
各自の研究課題に直結した実験を実施する。得られた結果についての解釈について教員と定期的なディスカッションをおこなう。また、理解を深めるのと同時に、再現性を確認するステップを用いてデータの信頼性について議論する。適宜、教員とのディスカッションから、次に実施する実験計画の詳細を決定する。さらに、定期的に実験データの整理をおこなうことで、個々のデータが当初予定していたコンセプト、目的、問題点の解決につながっているのか検証する。

1.　Orientation
The principal investigator explains the outline, purpose, and final goals of the research subject (engineered organic functional materials) in the master's program. Materials related to the research projects will be provided.

Main research topics:
A. Synthesis of end-functionalized terminal modifiers
B. End-functionalization of self-immolative polymers
C. Structural design of DNA-based nanomaterials
D. Physicochemical properties of discrete DNA one-dimensional nanostructures
E. Establishment of single-chain polymerization methodology based on a nanoplatform

2. Selection of research projects
Graduate students need to make efforts for understanding the research background. It is also necessary for students to hold discussions with faculty members so that they can embody the research areas. In addition, graduate students will discuss the possibility of application for research projects.

3. Determination of research topics
The research projects will be decided through discussions with the faculty members.

4. Research Meeting
Discussions will be held for mutual understanding of individual research projects. Students can receive supplementary explanations from faculty members regarding details of research topics, if necessary.

5. Material design #1
Molecular design to make the target molecules will be attempted and discussed with faculty members to launch each research subject,

6. Material design #2
Discussion with faculty member and confirmation whether actual design is rational or not. When the research scope of the synthetic strategy is decided, the chemicals and equipment will be investigated.

7. Safety training
Before starting the experiment on research projects, graduate students will investigate and discuss the caution of each experimental operation and the reagents, as well as instruments used in the laboratory.

8. Preliminary experiment
Graduate students carry out experiments common to their research projects as preliminary experiments. After confirming the safety precautions, the student will start the experiment on research projects. Graduate students not only understand the meaning of each operation, but also reconfirm the safety data in the reagents and instruments. In addition, if there are any discrepancies with the expected experimental results, students are required to discuss with each other.

9. Interim report
Graduate students summarize the experimental results on slides and give presentations to faculty members and students. It will be an opportunity to identify problems and review future research plans through discussions with faculty members.

10-15. Experiments on research projects in master's thesis
Graduate students carry out experiments on their research subjects. It is possible for students to discuss the results obtained, if necessary. Students also discuss the reproducibility of the experimental data. Furthermore, laboratory members will share and verify whether each data leads to the solution of the original concept, purpose, and problems.

国内外研究機関の研究員（ケミカルバイオロジー、ナノメディシン）の勤務実績を活かし創薬について講義する。
This lecture will be given using the experience of researchers at overseas and domestic research institutions.

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