1.ナノサイズとは【1㎚＝10^-9メートル】

ナノサイズとは、物質の大きさが1ナノメートル（㎚）＝10^-9メートル

の領域にあることを指します。

1㎚は1ミリメートルの100万分の1。

あまりに小さすぎて、私たちの直感では想像しにくい世界です。

ナノサイズのスケール感をつかむために、いくつか比較してみます。

• ナノサイズの比較

比較対称	大きさ
髪の毛の太さ	約80,000~1000,00㎚
赤血球の直径	約7,000~8,000㎚
DNAの幅	約2㎚
水分子	約0.3㎚

つまり、ナノサイズとは、分子や原子が見えてくるレベルのスケールです。

2.ナノサイズで物質の性質が変わる理由

ナノサイズになると、物質はマクロサイズとは全く異なる性質を示します。

これは、主に以下の２つが原因です

• 量子効果
• 表面積の増大

2-1光学特性の変化（色が変わる）

金は本来黄色（金色）ですが、金ナノ粒子は赤色や紫色に見えることがあります。

これは「表面プラズモン共鳴（SPR）」によるもので、ウイルス検査キットにも利用されています。

2-2.触媒活性が向上する

ナノサイズになると反応性が飛躍的に高まります。

例えば、金ナノ粒子はアンモニア生成の触媒として働くことが確認されています。

3.強度・硬さが変化する

ナノ材料は、同じ物質でも

• 強くなる
• 軽くなる
• 柔軟性が増す

などの特性を示します。

4.電気・磁気特性の変化

電子の動きが制限されるため、半導体や磁性材料としての性質も変わります。

5.ナノサイズの応用分野【医療・エネルギー・電子デバイス】

ナノテクノロジーは多くの産業で活用されています。

5-1.医療・バイオ分野

• ウイルス検査キット（抗原検査の赤い線は金ナノ粒子）
• がん細胞の標的治療
• ＤＮＡ検出センサー

金ナノ粒子は医療分野で特に重要な役割を果たしています。

5-2.エネルギー・環境分野

• アンモニア合成触媒
• 水素生成触媒
• ＣＯ₂還元反応

低エネルギーで反応を進められるため、脱炭素技術の中心的存在です。

5-3.電子デバイス分野

• 量子ドットディスプレイ
• 高性能メモリー
• センサー技術

ナノサイズの電子制御は次世代デバイスの基盤です。

6.ナノサイズがもたらす未来

ナノテクノロジーは、「物質の性質を自在にデザインする技術」として、今後さらに重要性が高まります。

• 医療の高度化
• エネルギー効率の飛躍的向上
• 環境負荷の低減
• 新素材の創出

ナノサイズの理解と活用は、未来の産業を大きく変える可能性を秘めています。

2025年のノーベル化学賞は、MOF（Metal-Organic Framework：金属有機構造体）を開発し、その科学的基盤を築いた研究者たちに授与されました。

この記事では、MOFとは何か、どのような仕組みで働くのか、そして研究者たちがなぜノーベル賞を受賞したのかを、化学の知識がない人でもわかりやすく解説します。

1.MOF（金属有機構造体）とは？

MOFは、金属イオンと有機分子が規則正しく組み合わさってできる多孔性（穴の多い）結晶で以下のような特徴があります。

• 分子レベルで設計されたナノサイズの孔
• 非常に大きな内部表面積
• 気体や分子を吸着・貯蔵・分離できる

「分子のレゴブロックで作る超精密なスポンジ」と考えるとイメージしやすいでしょう。

2.MOFの仕組み：なぜ注目されているのか

MOFの最大の特徴は、孔の大きさや性質を分子レベルで自由に設計できることです。

これにより

• 特定の分子だけを選んで吸着
• 大量の気体を安全に貯蔵
• 化学反応を効率化
• 空気中の水分を吸着して水を取り出す

といった、従来の材料では難しかった機能を実現できます。

3.ノーベル化学賞した3名

この3名は、MOFという新素材の理論・構造・応用の各段階で重要な役割を果たしました。それぞれ異なる視点をもちながらも、『物質の空間をデザインする』という共通のビジョンで結ばれています。

• 北川進（きたがわすすむ）

所属：京都大学高等研究院特別教授・理事・副学長

生年：1951年（74歳）

出身地：京都府

功績：　

　　　MOF（Metal-Organic Frameworks）の概念を世界に先駆けて提唱し、分子レベルで空間を設計する「物質の建築学」を開拓。

特徴的な視点：

「気体を資源に変える時代が来る」と語り、空気中の分子を自在に操る技術の可能性を追求。

人柄：　　

　教え子との絆が深く、講演用のCG作成を依頼するなど、研究成果の伝え方にもこだわる。

• リチャード・ロブソン（Richard Robson）

所属：メルボルン大学（オーストラリア）

功績：MOFの初期構造設計において、金属と有機分子を組み合わせた　　　　　　三次元構造体の理論的基盤を築いた。

役割：

MOFの「骨格」を作るアイデアを提示し、分子の組み合わせによる空間設計の可能性を広げた。

評価：

MOFの始まりを支えた功労者として、材料科学の新しい方向性を示した。

• オマー・ヤギー（Omar M.Yaghi）

所属

カリフォルニア大学バークレー校（米国）

生年

1965年（ヨルダン出身のパレスチナ難民）

功績

MOFの応用研究を推進し、CO₂の吸着、水の回収、毒ガスの除去など、社会問題への実装に貢献。

人柄と背景

電気も水道もない環境で育ち、公立教育の力で科学者に。自身の受賞を「恵まれない環境でも努力すれば道は開ける」と語った。

視点

MOFを「空気から資源を取り出す技術」として位置づけ、持続可能な社会の構築に強い関心を持つ。

4.なぜMOF研究がノーベル賞に値したのか？

MOFの研究がノーベル賞を受賞した理由3つを紹介します。

4-1.新しい材料科学の概念を創出した

MOFは「物質の建築学」と呼ばれ、分子レベルで空間をデザインするという革新的な発想を生み出しました。

4-2.社会課題の解決に直結する応用性

• CO₂吸着
• 水素・天然ガスの貯蔵
• 空気から水を作る技術
• 触媒としての利用

これらは脱炭素社会や水資源問題の解決に直結します。

4-3.世界的な研究分野を形成した

MOF研究は今や世界中で活発に行われており、材料科学の主要分野のひとつに成長しています。

5.MOFの主要な応用分野

MOFにはエネルギー問題や環境問題などを解決することが期待されています。

5-1.ネルギー貯蔵（水素・天然ガス）

MOFは気体を高密度で安全に貯蔵できるため、クリーンエネルギー社会の実現に不可欠です。

5-2.CO₂の吸着・分離（脱炭素技術）

発電所や工場の排ガスからCO₂だけを選んで吸着できるため、温室効果ガス削減に大きく貢献します。

5-3.空気から水を作る技術（水資源）

乾燥地帯でも空気中の水分を吸着し、太陽光で水を取り出せます。

5-4.触媒としての利用（化学産業）

化学反応を効率化し、エネルギー消費を削減できます。

6.MOFがもたらす未来

MOF研究は、以下のような社会課題の解決に貢献すると期待されています。

• 脱炭素社会の実現
• 水素社会の推進
• 水不足問題の解決
• 化学産業の効率化
• 医療・薬剤分野での応用

MOFは、未来の社会のインフラを支える基盤技術になり得る素材です。

まとめ：MOF研究は未来の社会を根本から変える可能性を秘めている

MOF（金属有機構造体）の研究は、単なる新素材の開発にとどまりません。

それは、物質の構造を分子レベルで自由に設計するという新しい科学の扉を開いたという点で、極めて革新的です。

この技術は、エネルギーの貯蔵効率を飛躍的に高め、CO_２の分離・回収によって脱炭素社会の実現を加速させ、さらには空気から水を取り出すことで水資源問題にも貢献するなど、地球規模の課題に直接アプローチできる力を持っています。

今後、MOFの応用は化学産業、医療、農業、宇宙開発など多岐にわたる分野になるかもしれません。

MOF研究は、科学の枠を超えて、人類の暮らしそのものを根本からかえる可能性を秘めた技術なのです。