2013年 9月 21日 数 学 物 理 宇宙地球 生 物 化 学
セミナーの様子 |
実習指導
吉川 謙一(数学教室 教授）
ボランティア
横田 真秀（博士課程 1回生）
実施場所
理学研究科3号館109号室
実習内容
輪番のセミナー形式で素数の無限性（テキスト第１章）を複数通りの方法で証明し、それに付随して同値関係による集合の分解等、高校生には馴染みが薄いであろう概念を解説した。おそらく高校生にとってもっとも難しいであろう位相空間の解説が時間の都合で次回になった。
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受講生の感想
- 今日はChapter１の大部分を終わらしました。素数が無限にあることでさえもたくさんの証明があることがわかり楽しい学習になりました。また、同じ班の仲間と徐々に和んでいきいい雰囲気で発表ができました。位相についてはまだまだ未熟であるので、今回のことをきっかけにもう一度頑張ってみようかなと思いました。
- お互いにゼミをやりあうのはとても楽しかった。他の人に説明してもらうとその場で質問やツッコミを入れられて、学校内での授業と違って聞く側も面白くよく理解できると思った。ちょっとした脱線などもそれぞれ個性があって面白かった。話す側としても人前(しかも数学ができる人の前)で話すとなると細かい点が気になってきて勉強になった。理解しているつもりのことも考え直せた。
- 群論や位相空間の概念には慣れていなかったので証明を追うのが大変だったけど、皆分かりやすく説明してくれて何とか理解できた。今回自分が担当した部分は簡単だったので何とかなったが、次からはさらに難しくなることが予想されるので、しっかり予習して発表に挑みたい。
- 全然知らない概念の話が大量に出てきて驚きでいっぱいです。しかも、他のメンバーはそれに物怖じせずどんどん深い話をしていくので予習と復習が欠かせないと感じました。次回は分からない所があればどんどん質問していきたいと思います。せっかくこの講座に参加できることになったので、１つでも多くのことを学んで帰らないと！先生や他のメンバーについていけるようにまずは用語を知っていくところから頑張って予習して次回は参加するぞ！
- 知らない概念がいくつかあったので、式や論理構成の意味を理解することで精一杯でした。それらの概念をしれたらいいなあと思いました。
- 今日chapter1の証明がほとんど終わりました。前回から２週間で今まで知らなかった内容を理解しなければならなかったので大変でした。前に立って証明をすると自分が理解できていない部分があることが分かったので、帰ってから復習したいと思います。他の人の証明も理解するのが大変でした。位相について勉強してからもう１度証明を読み直そうと思います。4時間あっという間でした。次回からは自分の担当でない所もある程度予習してきます。
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LED駆動回路・フォトダイオード検出回路の自作。
Labviewを用いた信号検出プログラムの作成。
LED放射を検出器に集光する光学系の作成。
自作回路を組み合わせた光学系の完成。
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実習指導
有川 敬（光物性研究室 助教）
チューター
大西 義人（博士課程 3回生）
平岡 友基（修士課程 1回生）
実施場所
理学研究科5号館 121号室
実習内容
今回は「電磁波の発生・検出実験」をテーマに、ヴァンデグラーフ起電機を用いた電磁放射の検出実験、自作回路・プログラムを用いたLEDからの発光検出実験を行った。まず電磁波の波形を実際に見てもらうために、ヴァンデグラーフ起電機からの放電と同時に発生した、電磁放射をオシロスコープにつないだ針金を利用した簡易アンテナで検出した。次に3班に分かれてLED駆動回路・フォトダイオード検出回路・Labviewを用いた信号検出プログラムをそれぞれで自作し、各種LEDの光学測定を行った。LEDからの放射をレンズを用いてフォトダイオードに集光し、光強度を電圧として読み取った。LEDに流す電流を上昇させ、光の強度が電流値に対してどのように依存するかを測定した。
受講生の感想
- 今回は実際に実験器具を作ってみた。僕はフォトダイオード検出回路というものを作った。チューターの方々に丁寧に作り方を教えてもらい、楽しみながら作ることができた。実験が成功した時はとても嬉しかった。毎度ながら、このような貴重な機会をくださったELCASに感謝したい。
- LEDに流す電流を強くしていくと、光の明るさがある限度までは比例していくことが実験で体験できてよかった。窓の隙間などからもれている光が意外と明るいことがわかった。
- 今日は実習ということで私は光を検出して電圧に変えてそれをグラフとしてPCで読み取るためのプログラミングをしました。C言語のように難しいものではなかったですが、それでもやっぱりちょっとエラーがでたり、「どのくくりにアイコンを配置したらいいかな？」と迷うこともあり、楽しかったです！！プログラミングは将来やってみたいなあと思っていたので今回体験できてよかったです。また、プログラミングソフトのエラー(笑)もあり、はんだこての体験までできて嬉しかったです。電子工作ももっと色々やってみたいです。発光ダイオードを通しての実験では思っているより変化があって、驚きました。実習楽しかったです！！自分でも学校でも色々やってみます！！
- 前回同様、光に関する講義を少々して頂き、今回は主に実験を行いました。LEDを点灯させる回路や光を受容（検出）する回路、受容した光をグラフとして描画するプログラムを一から作り、光を定量化することが出来ました。普段目で見て感じる光ですが、分析する際には数値化することが何より大切ということも実感しました。私は電子回路（光検出）の作成の担当をさせて頂きましたが。半田付けはかなり手こずりましたが完成し、実際に働いているのを確認すると、安心感・達成感が湧いてきました。光に関する知識や関心がまた増え、とてもよい経験となりました。
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- 今日は4時間も実習を行うことができるということで、たくさんの機械を使って多くの経験をさせていただくことが出来ました。はじめのバンデグラフ機をつかって電磁波を検出する実験では検出する針金とバンデグラフ機の距離などにかかわらず、電磁波が検出されたことに、当たり前だけど感動しました。次に行った、LED駆動回路の作成では、はんだごてをつかって実際に抵抗やスイッチ、電池などをつなぐという経験をすることができ、本当に研究者になった気分でした（笑）。そうしてできた検出器でLEDの色による変化や、電流の大きさによる変化などを調べる様々な実験を行うことができて、非常に楽しかったです。LEDの特性なども同時に知れて、面白かったです。この実習によって、電磁波について、非常に深く知ることができたと思います。ありがとうございました。
- 今回は2時から6時までずっと実験でしたが、最後まで楽しくやり切ることができ、充実した4時間で、あっという間に終わってしまいました。オープニングのヴァンデグラーフ起電機のときから目が釘付けになり、電子回路の作成も非常に面白かったです。人生初めてのはんだごての利用で、たくさん失敗もしましたが、良い経験でした。いつかはんだごてを利用してラジオなんかを作ってみたいと思います。途中からちらっとマクスウェル方程式の話が出てきましたが、なんとか勉強したいと思っています。次は生物の講演と体験学習のようですが、とても楽しみです。今日は半日ありがとうございました。
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説明を受けているところ。
屋上の望遠鏡で金星を見ている様子。
自分で作った回路の発光ダイオードにかかる電圧を計っている様子。 |
実習指導
長田 哲也（宇宙物理学教室 教授）
チューター
江見 直人 （修士課程 1回生）
実施場所
理学研究科4号館 5階会議室
実習内容
4号館屋上の40cm反射望遠鏡で金星を観測し、金星の満ち欠けうちの半月状になっていることを実際に確認。
回路を作って発光ダイオードを発光させる。取り付ける抵抗や発光ダイオードの種類を変えて、明るさがどのように変わるかを調べる。
受講生の感想
- 発光ダイオードを使った実験はとても興味深くておもしろかったです。直列につなぐとついた組み合わせもあればつかない組み合わせもあって、それは何Vかに関係しているのが「なるほど」と思いました。屋上での金星の観察は、全てが初めて見るものだったので驚きの連続でした。大きな望遠鏡で見た金星の様子は思っていたよりもとても明るく、月の満ち欠けのように欠けていて、とても感動しました。他にも夏の星座があったりしていてすごいと思いました。金星以外にももっとたくさんの星座や惑星を見てみたいと思いました。とても貴重な体験ができてうれしかったです。
- 今回は、金星を見ることと電圧と光の強さについて教えていただきました。金星は、陽炎のせいかモヤモヤしていて形は欠けていました。また、色は光っているようだったので、何色かはわかりませんでした。また、望遠鏡は動いたときにガンダムが動いたような音がして少しびっくりしました。 電圧と光の強さの関係は、予想通り抵抗が大きいほど光が弱くなり、赤や黄より青や緑のほうが多くのエネルギーを使っていました。また、赤と黄、青と緑は並列の形でつきますが、赤と青、緑と黄というような組み合わせはつきませんでした。次回はなぜこのようなことが起こるのかを調べてみたいと思いました。また赤外線の発光ダイオードはありましたが、紫外線の発光ダイオードがあるのか気になります。
- 今日は望遠鏡で金星を観ることから始まり、ブレッドボードを使ってLEDの実験をしたりするというとてもたくさんのことをすることができました。興味深かったのがLEDで、あるLED同士なら並列につなげればつくのに、他の組み合わせならばつかないということがあり、とても不思議でした。その訳も教えていただき、最近の話題となっているLEDを深く知る機会となり、とても充実した一日となってよかったです。
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- 今日は、望遠鏡で金星を観測したりLEDを光らせたりしました。まず、望遠鏡は屋上にあって大きくて、天井の半円が回転したりと不思議な空間でした。望遠鏡本体で調整するのかと思ったら、パソコンで金星を探して本体を動かしていたので驚きました。星座の位置も表示されていて、便利だなと思いました。金星は大気の状態にもよるのですが、半分欠けていて、欠けているとこがメラメラしていてぼんやりしていました。
- 望遠鏡で昼間の金星を見せてもらい、「昼にも星は空にある」ということを実感しました。また、月以外の天体が欠けている様子を初めて見たので、非常に嬉しくなりました。そして最後の質問の時間で，小学生の頃からの疑問を解決していただき、とてもスッキリしました。
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光と植物の関係性についての講義風景
共焦点顕微鏡を用いたphytochromeの細胞内局在観察
実生の光屈性観察
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実習指導
長谷 あきら（植物生理学教室 教授）
チューター
大西 功人（修士課程 2回生）
小林 幹康（修士課程 2回生）
実施場所
理学研究科2号館 1階
実習内容
光の特性について知るために、太陽光や蛍光灯及び、色プラスチックの透過光、それぞれのスペクトルを測定し、各条件での光の特性について議論した。また、植物が光を感知していることを知るために、明暗条件における光受容体のGFP局在の違いを共焦点顕微鏡を用いて観察した。最後に光による植物体の形態変化を観察するため、青色光を用いた光屈性実験を行った。これらを通して、植物に対する光との関係性について議論した。
受講生の感想
- 光や"色"は有って当たり前のように思っていたので、波長やスペクトルを考えながらひとつひとつ解析するのが新鮮で若干物理のような内容も面白かった。色素の話は大変興味深かったので、もう少し色々知りたいと思った。GFPについても、"細胞"は最も好きな分野なので、話を聞いていて、とても面白かった。そして、やはりこちらも"植物が光を使うのは当たり前"という感覚があったので、フィトクロムとは何なのか、どこで働くのか、最終的には遺伝の話まで発展して考えることで、その理由を納得することができた。実際に研究室に入ることができたのもよかった。特にあれだけシビアに光について管理していたのは印象的だった。日頃絶対にディテクターや顕微鏡を触る機会はないので、それらを使って色々と測定できたのはよかった。
- 今回は前回よりも2時間ほど長く、全てを生物に！！という感じで、濃い4時間でした。その間に、浅くではありますが、3つほど実験、観察もして、スライドや黒板を見ながら説明を受けました。実験は、光か植物に当たらないように、真っ暗な部屋で、緑のライトだけある状態でやりました。学校の実験だったら、そんなことできないし、今回使った測量器なども初めて見るものばかりで、楽しかったです。自分たちで光の強さを測ったり、顕微鏡を調節して核を見つけられるかやったりと、生物は白衣を着て爆発！みたいな大掛かりなものではないかもしれないけど、普段目にする身近なものをとことん研究していく地道さというか、ひたむきさのようなものに、私はとても魅力を感じました。前回から植物を主に研究対象としてとりあつかっていますが、あの植物のカラダの中になんて数のはたらきがあるんだ！！と驚いています。植物というだけでいくつも種類がありますが、その植物のなかにも、いくつもの器官があって、はたらきがあって・・・というように、生物の世界が無限大に広がっていく感じがして、生物的ロマンを感じます。これらがこの先どのような形で進化していくのか、私たちの生活にどう関わっていくのか、それを自分の手で調べられたら、とてもおもしろいと思います。
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- 細胞のことや、植物がなぜ緑色の葉をしているのかなどが分かり驚きました。そして、まとめとして、あらゆる物質が様々な形態をしているのにも、理由があり、それは、絶対に証明できるということが分かりました。また、その様々な形態を理由を探ることによって、新たな発見ができ、その発見をしたために人間が今まで使ってきた日常をある物で「これはなぜこうすることができるのか。」が分かれば、体にどのような影響を及ぼすのかが分かったりするので、人間が生活していく上でとてもためになるのかなと思いました。
- 今回の実験もまた非常に面白い内容でした。植物細胞で光を利用するのは葉緑体だけだと思っていましたが、フィトクロムを含む感光性タンパク質というモノが存在することを今回の実験を通して初めて知りました。しかも、1959年に発見されたと言うことを聞いて、思ったよりも早い時期に見つかっていたのだなと思いました。植物を暗所で育てた時、もやしのように茎が伸びるという事は知っていましたが、光に向かって茎を曲げると言う事は知りませんでした。また植物は緑色の光を利用しない(緑色の光を吸収しない)ことは知っていましたが、まさか緑色の光を感じないとは思ってもいませんでした。研究等で植物を暗所で栽培するときには、てっきり完全な暗闇で育てなければならないと思っていたので、このことは本当に驚きで、とても革新的に感じました。次の実験もとても楽しみですが、合宿も同じ位かそれ以上に楽しみです。
- 今回の体験は植物の細胞や植物が向く光の波長や重力性についてのものだった。これまで、植物が光のある方向へ向くという事は知っていたが、波長によっては、植物にとっては暗所と同じように感じる波長あることが分かった。光なら何でも良いと思っていたのだが、植物にも好みのようなものがあることが分かった。今回、植物は光に反応することを学んだが、それと同時に、目がないのにどのように光があると判断するのだろうという疑問も浮かんだ。理由を聞いてみたが未解明ということなので、大学に入り、この理由を研究したいと思った。細胞についてはGFPというものが役立っていることが分かり、初めは何の役に立つのだろうという疑問もあったが、講義を聴いていくうちに、その必要性、重要さがよく分かるようになった。植物にはまだ分かっていないことの方が多いと聞いたので、ぜひとも自分の力で解明してやりたいと思った。次回の体験学習も興味深いので楽しみだ。
- 最初は生物の分野なのに、なぜ化学で扱うような光を扱うのかと思ったけど、生物との深いつながりを今回勉強できた。一番フィトクロムのことに驚いて、光を感じる細胞がたくさんある内のほんの少数であることも初めて知った。前、ニュースなどでやっていたGFPはあまり何に使うのかが分かっていなくて、タンパク質が光ったら何に使えるのかが分からなかったけど、今回実験などにGFPを使っている所をみて使い道がやっと理解できた。光の事は、私は赤外線の事など、有名なものばかりに意識がいっていたけど、太陽光と蛍光灯の違い、色フィルターによって数値が大きく変わるのをみて、私たちが普段見ている色なども単純なものではなく、赤外線などと同じように波長など、たくさんの仕組みによってそう見えているというのをあらためて考えることができた。私が数値が変わるだろう！と思って選んだダイヤモンドカットの色フィルターはあまり数値が変わらなくて残念でした。今回はいつも私が使っていない顕微鏡を使えてとてもうれしかった！ボタン１つで動いたところに驚きました！
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TAさんの反応スキーム説明
待ち時間に研究室内の見学ツアー
反応混合物をカラムクロマトグラフィにかけ、ヘキサフィリンを分ける
カラムで精製した紫色の純粋なヘキサフィリンの溶液 |
実習指導
田中 隆行（集合有機分子機能研究室 助教）
チューター
大田 健介（修士課程 2回生）
石田 真一郎（修士課程 1回生）
ボランティア
米田 友貴（博士課程 2回生）
実施場所
理学研究科6号館 北棟８階
実習内容
ピロールとペンタフルオロベンズアルデヒドを酸触媒により縮合した後に、DDQ（ジクロロジシアノパラベンゾキノン）を用いて酸化することで、環拡張ポルフィリン類の合成をおこなった。反応混合物をアルミナに通し、ロータリーエバポレータで濃縮した後にシリカゲルカラムクロマトグラフィを用いて分離し、きれいな紫色をしたヘキサフィリンを単離した。
実習中は２グループにわかれ、反応剤や酸化剤、溶媒を加える操作を順番に行ってもらった。実験の待ち時間には、研究背景や反応機構についての説明や、質量分析装置などの研究室内の装置についての説明をおこなった。
受講生の感想
- 化学の研究室でイメージするような物とは全く違い、視覚に頼ったりと割とアナログな方法が用いられているのだなあと思いました。まだ化学基礎のほんの少ししか習っていないのですが、極性・無極性と水・油への溶けやすさの話など、最近習ったことと実験が重なると化学への理解につながるような気がします。ベンゼン環などはまだよくわかっていませんが、自分で調べてみることをしてみたいと思います。今回のクロマトグラフィは、溶けやすさ、溶けにくさを使ったもので，化学でやったペーパークロマトグラフィに本当によく似ているなあと思いました。ヘキサフィリンの合成のやり方の説明をみると、“一晩攪拌”などの言葉が多く、時間のかかる分野なのだなあと思います。物質が安定したがるということと、ジクロロジシアノベンゾキノンを使うということの関連が面白いと思いました。ヘキサフィリンを取り出すにはHが邪魔で逆にDDQは安定するためにHが欲しい、そういった物質同士の特性であったりを考えながら混合させるなどのことは面白いことだと思います。もっと科学を勉強したいと思いました。
- 前回出席できなかったので今回がELCAS初となりました。最初は、「難しそう・・・。全然分からん！！」と思っていましたが、TAの方がとても優しく丁寧に説明して下さったので、ざっくりと理解ができました。「カラムクロマトグラフィ」をしたり、テレビ等で見る物がいっぱいあって実際見ることができて良かったです。これから２月まで月２回とても楽しみです！！
- 化合物をつくり出す苦労がわかったような気がする。様々な薬品を混ぜ合わせたり多量の溶媒を加えたりと多くのものを必要とするだけでなく、ロータリーエバポレータを用いて溶媒を除去して固体だけにするなど今回は非常に時間のかかる作業で疲れた。化合物の生成だけでなく、今回、研究室で見学させてもらった様々な機器もとても特徴があり機会があれば利用したいと思う。前回の核磁気共鳴で分子を分析したという内容とは今回は大きく違っていて、さらに化学的なことができたような気がした。再来週、またこの同じ研究室で、今回の続きが行うことができるということを知り、とても楽しみだ。
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- 私は今回が初めての参加になりましたが興味深いことばかりで、とても有意義な時間でした。今回は有機化学の実験でどういった操作をするのか、ということがわかりました。ロータリーエバポレータを使うことができたり、カラムを実際に作っているところを見ることができておもしろかったです。また、大学等で行う本格的な実験では微量の物質を扱うと考えていましたが、溶媒などに関してはそうとは限らないと知りました。実際におこなった反応は正直難しかったですが、少しは理解できたと思います。有機合成についてももっと知りたくなりました。次回の分析も楽しみです。
- 今日は有機化学の研究室を訪問したが、とてもおもしろい実験が体験できた。まず驚いたのは実験室の様子で、高校の化学の実験室とは異なり、見たこともないような様々な分析機器や多くの試薬びん等のすばらしい設備にとても感動した。次に驚いたのは反応スキームを見た時で、とても複雑そうな反応だったから理解できるのか不安だった。しかし、チューターの方が自分の質問にも分かりやすく丁寧に答えてくださったので反応過程について納得できた。今回実験でインパクトに残っているのはエバポレータを扱ったこととシリカゲルクロマトグラフィによるヘキサフィリンの単離だ。前者は普段では絶対に使えないような機器なので、実際に扱って実験に用いたことはとても印象に残っている。後者は構造の違いがはっきりと色の違いとして見れたのでとても興味深かった。また、実験の間に大学等についていろいろな話を聞けたのでとてもありがたかった。次回は今日扱ったものを分析ということで特に1H NMRでのスペクトル解析（あるかな？）が楽しみだ。次回もよろしくお願いします。
- ELCASの体験では有機の実験をすごく楽しみにしていたので、有機の研究室へ行くことができ、本当によかった。体験では様々な器具、機器を紹介して頂き、また実際につかうこともできた。また化学で物質を合成する際に、合成自体よりも、そこから不純物を取りのぞき目的物だけを得るのがどれほど大変であるか実感した。一度カラムに通してから溶媒をとばし、それにまた溶媒を加えた時には少し驚いた。しかし、一つ一つの手順で何をしているのかやその必要性を教えていただいたので納得できた。今回の実験は生成物が色あざやかで目で見て反応が確認でき分かりやすかった。今日、合成し、取り出したヘキサフィリンの結晶が次に見られるのが待ち遠しい。分かりやすく教えてくださったTAの先生、ありがとうございました。
- 今回はヘキサフィリンの合成というものをやった。ヘキサフィリンはポルフィリン類縁体の一つでピロール環を６個もつ有機化合物だ。しかし、はっきり言って何のことかさっぱり分からなかった。まず、ポルフィリンはクロロフィルやヘモグロビンのヘムの構造の一部の形である。特長としては、クロロフィル、ヘモグロビンに見られるようにはっきりとした色がついている。ヘキサフィリンはポルフィリンがピロール環というユニットが４つついているのに対して６個ついている。ヘキサフィリンもポルフィリンと同じように色がついていて、紫色である。これを研究室でみんなと作った。初めて研究室の中で何かを作っているのを見たが、かなり時間のかかるものなのだと感じた。また、ヘキサフィリンを作ろうとしているのに、他の様々な物質も混じっているので、それを分離するのにクロマトグラフィの方法を使っていることもとてもおもしろかった。
- 今回は気分的に（？）初めて研究室に入りました。高校ではまずみかけない機器を見て、次回それらを使うことを聞くと、期待で胸が高鳴るようです。実験ではヘキサフィリンの精製を行いました。有機化学に関してまだ学校で学んでいない範囲なので、「そんな物があるのか」という理解にとどまりましたが、様々多々な操作を経るうちに、有機化学に対する理解が、「そんな物があるのか」という線を越えることができた気がします。明日は文化祭直前にエバポレーターを組み立てなくてはいけないという時に、今回の実験でエバポレータに触ることが出来て良かったと思いました。
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