フォローしました柔らかくて不均一。そんな曖昧なゲルの世界を切り拓いた人が居ました。いち)未開の材料だったゲルにスポットを当てた物理学者です。田中豊一博士(以下、田中博士)は1946年、新潟県長岡市に長男として生まれました。父の田中豊助は化学者。埼玉県に引っ越します。両親が渡米すると、北浦和の祖母の家に移り、伯父夫婦に育てられます。小学校の頃から成績優秀で、行動力のある学生だったそうです。田中博士は東京大学理科I類に合格し、理学部物理学科で学びます。大学では生体高分子(タンパク質)についての研究を行いました。このころは、まだゲルの研究をやっていません。実際には、人体などの生体高分子は水を含んだゲルです。当時、それらはゲルと見られてはいませんでした。ゲルの定義もはっきりせず、どんな性質と構造なのかも分からない。1972年、博士課程を修了すると渡米し、マサチューセッツ工科大学(以下、MIT)物理学科に研究員として行きます。ここで田中博士は、ゲルと向き合うことになります。マサチューセッツ工科大学(Wikipedia)MITのベネデック教授の元で、レーザーの光散乱でタンパク質が動くスピードを測定する実験を行っていました。通常は電気泳動法という測定方法を用います。電荷を持つタンパク質は、電場中で徐々に移動していきます。この方法は時間がかかる。瞬時にタンパク質がどこまで移動したか分かります。ところが、タンパク質よりもゲル由来の光散乱が多い。これではタンパク質の移動速度を知ることが難しい。田中博士はこれを見て、ゲルの光散乱に注目しました。すると、ゲルからの光散乱が時間経過とともに変化することに気付きます。光は波の性質を持っています。ゲルのような水を含んだ網目の中では、波は振動せずに崩壊します。これが、ゲルからの光散乱が多い原因だったんですね。ゲルの光散乱を測定することによって、ゲルを構成する網目の弾性率や溶媒との相互作用が分かるようになるんです。ゲルは図のように、高分子の鎖で出来たネットワークが水などの液体を含んだものと考えられています。「ゲルについて完全に理解した」と思ったそうです。ゲルの世界は想像以上に奥深く、謎に満ちていたのです。眼の光散乱について研究していました。眼は、子牛の眼やタンパク質の濃厚溶液を使います。ゲルの光散乱と温度の関係を調べたときのことです。ゲルの温度を下げると、散乱した光の強度が少し増えました。気になった田中博士は、ゲルの温度を更に下げてみました。すると、温度を下げれば下げるほど光の強度は増えていきます。ゲルは白濁するのでした。常温でも起きることを実験で証明してみせました。このとき、水とアセトン(シールはがしなどに使われる有機溶剤)の混合溶媒を使って証明しました。アセトンの濃度が40%までだとゲルは膨らんでいますが、50%を越えると白濁し、収縮します。実は、冷やすと眼(ゲル)が白濁するこの現象こそが、白内障なのでした。白内障の手術で除去した水晶体を調べると、クリスタリンというタンパク質の動きが遅くなっていることが分かりました。ゲルを冷やして光散乱を見ると、ある時点から中の分子の動きがゆっくりになります。同じことが眼で起こっていたのです。ゲルが温度や溶媒組成などの環境変化によって、急に収縮したり膨潤する。水を加熱すると蒸発して気体になります。このように、温度や圧力を変化させたとき、物質の状態が変わることを相転移(そうてんい)と呼びます。田中博士は、ゲルも水のように相転移をしているのではないかと考えました。なく、ある温度になると急に変化します。連続的ではなく、図のように不連続にゲルの体積が変化するんです。ゲルが相転移を起こす。誰もが驚く大発見です。この後、アクリルアミドゲルが特定の温度で100倍以上の体積変化を起こすことを突き止めます。このゲルの体積相転移現象は多くの研究者を驚かせ、ゲル研究が盛んになるきっかけとなります。図は、N-イソプロピルアクリルアミドというゲルが、32°Cを境に大きく体積変化している様子です。収縮して白濁するのが分かります。田中博士の凄いところは、扱っている材料や起きている現象をイメージし、その都度ボードなどに絵を描いて考えたことです。議論するときも必ずイメージ図を描いて、何が起きているか考えたそうです。今日、よく描かれるゲル構造の多くは、田中博士が考案もしくはアレンジしたものです。何もない状態から構造をイメージして絵にするのは、並大抵のことではありません。田中博士が誰よりも真摯にゲルに向き合っていた証拠だと思います。ゲルの体積相転移は、私たちの体の中でも起きています。生物物理学を専門とする田中博士は、生命現象を追求し、その謎を解くことに心血を注ぎます。1982年、35才にしてMITの教授に就任。田中博士はその後も画期的な研究成果を積み重ね、数々の賞を受賞します。・・・しかし、田中博士の挑戦は唐突に終わりを告げます。2000年7月、家族とテニスを楽しんでいる最中に突然倒れ、息を引き取りました。