化シスで学ぼう! JOIN CHEMSYS !

駒場生向け講義

駒場生向け講義

 化学システム工学科では教養学部生向けに様々な講義を行っています。

2021冬学期(A1・A2)

【総合科目D:現代工学基礎Ⅱ 化学情報とシミュレーション】水曜5限(中山 哲 教授、菊池 康紀 准教授)

社会問題を化学の力で解決に導くための基本的なシミュレーション技術や情報処理技術をMicrosoft Excel を利用した演習を通して学びます。また、計算化学・理論化学の基礎を学び、演習を通して、課題解決に向けての具体的なアプローチの仕方について学びます。

曜限水曜5限
実施形態オンライン講義
対象理科生
<スケジュール>
10/6(中山・菊池): イントロダクション
10/13(菊池): エネルギー問題とは?エネルギーのベストミックスとは?

日本におけるエネルギー問題について、インターネット上に公開されている統計資料等を参照しながら学ぶ。技術的側面、経済的側面、法的側面を知り、東日本震災から、近年のカーボンニュートラルへ向かう社会における日本のエネルギー問題のポイントについて理解する。
エネルギーのベストミックスを考える上で重要となる技術的・社会経済的側面について学ぶ。エネルギーシステムに社会から要求されている事項と、環境・資源制約について知り、シミュレーションの必要性について理解する。

10/20,27(菊池): シミュレーション演習(エネルギーシステム)

代表的な幾つかの発電技術について、Microsoft Excel上に簡単なモデルを構築し、電源構成へ太陽光発電を導入することによる効果と課題を明らかにする。

11/3(菊池): バイオマスとは?様々なバイオマス変換技術

再生可能資源としてのバイオマスについて、現状と今後の展望を学ぶ。植物資源の一部であるバイオマスを資源として用いるメリット・デメリットを知り、現在の技術的・社会経済的課題を理解する。
様々な目的製品を得るためのバイオマス変換技術について学ぶ。原料と技術の組合せにより化石資源から合成される化学物質を得られることを知り、バイオマス変換技術のシミュレーションの必要性について理解する。

11/10,17(菊池): シミュレーション演習(バイオマス)

木質系バイオマスの利活用に関し、環境性・経済性に関するシミュレーションを行う。

12/1,8(中山): 理論化学・計算化学とは?

コンピューターを用いて化学現象を理解・予測する分野である理論化学・計算化学について概説する。様々な社会問題解決に向けて、計算化学がどのように活用されているのかについて、情報科学との融合など最先端の研究例を紹介しながら、具体的なアプローチの仕方について学ぶ。

12/15,22,1/5,12(中山): 量子化学演習

 Gaussianを用いた量子化学計算の演習を行う。分子の安定構造や遷移状態、反応経路の決定を行い、量子化学に基づいて化学反応の本質に関する理解を深める。

 その他の詳細は、こちらから

【学術フロンティア講義:社会を先導する化学システム工学】月曜5限

 化学システム工学科の教員が、持続可能社会を創るための化学を、基礎から分かりやすく説明します。以下のテーマを学びます。
 「化学と社会のつながり」を考えたい学生諸君の参加を歓迎します。教員や大学院生と交流する機会も設けます。希望者には化学システム工学科研究室のバーチャル見学会も企画します(参加は自由です)。

曜限月曜5限
実施形態オンライン講義
対象理科生
<スケジュール>
10/4,11「分子から見たバイオと未来医療」西川 昌輝 講師

私たちの体は、無数の分子で構成されています。これらの分子が様々に相互作用(化学反応)することで、生命活動に必要な機能が維持されたり、ときには病気を発症したりします。その化学反応の場としての生体は、遺伝子やたんぱく質、細胞、臓器からなる多階層化学システムとして捉えることが出来ます。この多階層化学システムを最先端の実験と数理モデルの組み合わせで理解し操ることで、未来の医療を実現します。生体を多階層化学システムとして捉えるという工学的アプローチの医療分野における意義や可能性を理解してもらいます。

10/18,25「環境問題を解決するナノ空間材料」伊與木 健太 助教

ナノ空間材料は、分子と同じくらいの大きさの空隙をその中に持っている材料です。この空隙により、分子を貯めたりふるい分けたりといったことができ、触媒や吸着材、イオン交換材等として広く世の中を支えています。今回は、中でも環境問題の解決に貢献する用途として温室効果ガスや有害物質の除去、無害化を中心にお話しします。

11/1,8「触媒と未来のエネルギー」品川 竜也 助教

持続可能な社会の実現に向け、我々は化石資源への過度な依存から脱却し、再生可能エネルギーを積極的に利用していく必要があります。
この講義では、まずエネルギー供給・消費について概観し、さらに再生可能エネルギーによって駆動する触媒反応プロセスについて解説します。

11/15,29「超臨界からグリーンケミストリーへ」秋月 信 講師

我々の生活を支える化学製品の製造において、環境調和型のプロセスを目指すグリーンケミストリーは近年必須のものとなりつつあります。環境調和型のプロセス構築に向けては、化学反応や物質移動が起きる「場」の環境負荷を低減することも重要な課題の一つです。この講義では、そのような場である超臨界流体について紹介します。水や二酸化炭素といったありふれた物質の高温高圧状態である超臨界流体の利用によって、多彩な環境負荷低減技術が実現可能であることをお話しします。

12/6,13「計算化学から見た触媒と環境問題」中山 哲 教授

多数の原子・分子系に対して、量子力学の基礎方程式であるシュレディンガー方程式や古典力学のニュートン方程式をスーパーコンピューターを用いて解くことで、触媒や材料・デバイスの構造、物性、動作原理を実験を行うことなく予測することができます。
この講義では、最先端の研究内容と最近話題の機械学習を用いた触媒設計を紹介します。

12/20, 1/17「Simulation for chemical/drug manufacturing」Badr Sara 助教

Process simulation is a powerful tool for chemical engineers. In this lecture, we will discuss different applications of process simulation for energy, environment, and economic assessment purposes. Examples of different tools, software, and techniques will be presented for case studies in carbon capture, biorefineries and pharmaceutical production.

 その他の詳細は、こちらから

【全学自由研究ゼミナール:化学システム工学の研究を体験しよう!】(脇原 徹 教授、杉山 弘和 教授、品川 竜也 助教)

「環境・エネルギー・医療」を柱とする化学システム工学。本郷キャンパスの研究室に実際に入って、研究体験します。触媒化学とエネルギーの研究室(高鍋研)、環境浄化作用を持つ多孔性材料の研究室(大久保研・脇原研)、そして医薬品の製造プロセス設計の研究室(杉山研)が参加します。化学を基盤に、様々な知識をネットワーク状に組み合わせて、社会の実課題を解決し、あるべき姿を示す化学システム工学の真髄に触れます。

実施日程具体的な日程は受講生決定後、相談の上、日程調整します。
実施形態ハイブリッド(研究体験は本郷キャンパス工学部3号館)
対象理科生
申込方法10月4日(月)6限(18:45~)にオンラインで行われる工学部合同説明会にて説明
定員12名程度
<スケジュール>

上記3研究室を見学し、興味のある研究室を選んで、研究体験します。最後に各研究室で体験した内容を発表して、理解度確認・まとめとします。

    

 その他の詳細は、こちらから

【全学自由研究ゼミナール:生体を化学システムとして捉えてみよう!】(太田 誠一 准教授、西川 昌輝 講師)

私たちの体は、無数の分子で構成されています。これらの分子が様々に相互作用(化学反応)することで、生命活動に必要な機能が維持されたり、ときには病気を発症したりします。本ゼミでは、生体を化学物質が秩序だって移動し反応する多階層化学システムとして理解することを目指します。遺伝子レベルの化学的なデータの解析を体験し、これをどのように実際の診断や治療に役立てることができるかについて、工学的なアプローチから検討します。そして、生体を多階層化学システムとして捉えることの医療分野における工学的意義や可能性を理解してもらいます。

実施日程具体的な日程は受講生決定後、相談の上、日程調整します。
実施場所本郷キャンパス・浅野キャンパス(状況によってオンラインの可能性あり)
対象理科生
申込方法10月4日(月)6限(18:45~)にオンラインで行われる工学部合同説明会にて説明
定員10名程度
<スケジュール>

太田研究室で遺伝子発現情報の機会学習による解析(分子レベルの演習)を、酒井・西川研究室で肝臓が病気になる過程のシミュレーション(臓器レベルの演習)を体験します。

 その他の詳細は、こちらから

2021Aセメスター 全学ゼミ・学術フロンティア講義 工学部合同説明会

 工学部が提供する全学自由研究ゼミナール・全学体験ゼミナール・学術フロンティア講義の合同説明会が開催されます。

  日  時:10月4日(月)18:45~
  開催形態:Zoomによるオンライン開催
       詳細はUTASで確認してください。

2021Aセメスター 工学部化生系3学科 合同全学ゼミガイダンス

 工学部が提供する全学自由研究ゼミナール・全学体験ゼミナール・学術フロンティア講義の合同説明会が開催されます。

  日  時:10月6日(水)18:45~
  開催形態:Zoomによるオンライン開催
       詳細は決定次第、お知らせします。

【参考】2021夏学期(S1・S2) 

【初年次ゼミナール理科:化学システム工学を理解して、地球温暖化に挑む】(脇原 徹 教授)

 「持続可能な社会」を実現するためには地球温暖化問題を克服しなければならない。
既に地球温暖化による影響は各所に見られるようになってきたが、依然としてCO2をはじめとする地球温暖化ガスの排出量は増え続けているのが現状である。危機的状況にあるといっても過言ではない。この問題に取り組むためには、特にサイエンス&テクノロジーの役割は大きい。特に、“化学システム工学”がキーであり、本授業ではこれを学んでもらう。

 化学システム工学とは、化学を基盤に、地球、社会、環境、安全など幅広い視野からシステマチックに対象をとらえる学問である。現実を踏まえた幅広い視野から対象をシステマチックに深く探求する。このアプローチこそが、現実の問題解決への具体的なビジョンを示す可能性をもっている。

 この授業を通じて、地球温暖化は食い止めることが可能である、ということを理解してもらいたい。
 1年生の少人数クラスでの議論を通して、正解が明らかでない問題について考える力を養うことを目的とする。意欲のある学生を歓迎したい。

曜限月曜4限
教室オンライン講義
スケジュール第1週がガイダンス、第2週が共通授業(検索実習の共通講習を含む)、第3- 13週が個別授業となります。
  1. ガイダンス
  2. 共通授業
  3. 地球温暖化問題の基礎 持続可能な社会を実現するために検討すべき課題の提示、議論
  4. 移動速度論概論、グループ作業:課題に関する科学的検討
  5. 成果発表:課題の検討結果の報告、討論
  6. 温室効果ガス(CO2)の排出源に関する課題の提示、議論
  7. グループ作業:課題に関する科学的検討
  8. 成果発表:課題の検討結果の報告、討論
  9. 温室効果ガス(メタン、亜酸化窒素)の排出源に関する課題の提示、議論
  10. グループ作業:課題に関する科学的検討
  11. 成果発表:課題の検討結果の報告、討論
  12. 総合討論のための課題の提示、議論
  13. 総合討論、授業アンケート

*その他の詳細はこちらから

【初年次ゼミナール理科:やってみよう!化学を使った社会設計】(杉山 弘和 准教授)

 本ゼミでは、化学の知識を活かして、身近な社会課題に解決策を提案するための手法を学びます。
まず基礎知識を取得するために、以下のような演習課題を解きます。

  • エアコンの効率が100%にならないのはなぜか?(熱力学の応用)
  • スイカを冷やすまでにどれくらいの時間が必要か?(微分方程式の応用)
  • PETボトルのリサイクルは環境に良いのか?(プロセス工学の応用)

これを土台に、グループワークで以下のようなテーマに取り組みます。テーマ設定は自由です。

  • 医療・医薬の問題
  • 環境問題
  • エネルギー問題

 本ゼミの狙いは、化学や関連分野の基礎知識をネットワーク化・システム化し、実際の課題解決に活用できるツールとして身に着けることです。教員やディーチングアシスタントの大学院生と密にやり取りするゼミを目指します。 

曜限金曜3限
教室オンライン講義
スケジュール第1週がガイダンス、第2週が共通授業(検索実習の共通講習を含む)、第3- 13週が個別授業となります。
前半は基礎編として演習問題を解きながら重要な要素知識を身に着けます。後半はグループワーク編として課題設定から解決策の提案までを実施します。

*その他の詳細はこちらから

【総合科目D:環境・エネルギー工学基礎Ⅰ 化学システム工学入門 -次世代社会のための化学と材料-】

本科目では、化学システム工学の基本的な考え方を理解するために、人間社会が直面している課題(エネルギー、気候変動、環境汚染、安全とリスク、超高齢化社会など)を取り上げながら、化学システム工学の方法論がどのような解決策を提示できるのかについて講義と議論を行います。
特に、エネルギー変換化学、環境化学、安心安全工学、医用工学の4つの分野を取り上げ、各分野で最先端の研究を行っている工学部化学システム工学科の教員が3回ずつ講義を行います。

曜限金曜5限
教室オンライン講義
スケジュール

・イントロダクション

1.エネルギー変換化学 高鍋 和広 教授

  1-1.気候変動問題とエネルギー変換の考え方:熱力学とシステム論の視点

  1-2.化学エネルギー・光エネルギーの変換技術:燃料電池・太陽電池

  1-3.エネルギーの貯蔵技術:蓄電池・水素

2.環境化学 戸野倉 賢一 教授

  2-1.我々が抱えている環境問題

  2-2.大気環境:光化学オキシダント、PM2.5

  2-3.水環境:資源としての水と水環境

3.安全安心工学 土橋 律 教授

  3-1.安全とは:安全とリスク、事故事例と安全管理

  3-2.安全管理:ハザードアナリシス、リスクマネジメント

  3-3.火災・爆発災害:事故の科学的解明と防止策

4.医用工学 伊藤 大知 教授

  4-1.医療と工学の接点: 生命現象を化学とシステム論の視点から考える

  4-2.人工臓器と再生医療: 細胞を使わない治療と細胞を使う治療

  4-3.ドラッグデリバリーシステム: 「薬を作る」、「薬を使う」をシステムとして考える

・まとめ

対象受講に際して、文・理科類、学年を問わないが、高校レベルの化学の基礎をマスターしていることを前提とする。

*その他の詳細はこちらから

【学術フロンティア講義:化学システム工学で拓く未来社会】

 化学システム工学科の教員が、持続可能な未来社会を創るための化学を分かりやすく説明します。
「化学と社会のつながり」を考えたい学生諸君の参加を歓迎します。

曜限月曜5限
教室オンライン講義
スケジュール

4/13,19  酒井康行教授「化学とバイオの力で病気に立ち向かう」

4/13 ①再生医療のための組織構築
ステムセル(幹細胞)に関する学術的知見の長足の進歩を受けて,臓器移植医療を根本的に置き換える再生医療の研究が盛んとなり,一部は臨床適用にまで進んでいる.本講義では,化学システム工学の視点から実現までの道のりを概観し,そこでの隘路であるステムセルの大量増幅・分化誘導と,生体臓器と同様に血管ネットワークを配備した臓器の人工的構築の試みを紹介する.

4/19 ②培養細胞を用いた人体影響評価
世界的な動物実験削減・廃止の流れは,化粧品から汎用化学物質・医薬品や食品にまで及んでおり,動物実験を代替し同時に種差の問題を回避可能となる,ヒト細胞を用いた生理学的な臓器モデルや数理的手法の大幅な発展・導入が追究されている.本講義では,以上の新たな世界的潮流と解決を目指した多様な学術と化学システム工学の寄与可能性について解説する.

4/26,5/10 杉原加織講師「化学と工学で創薬にイノベーションを起こす」

健康に長生きしたいとは誰もが願うものですが、それに伴う医療費の増大は国の財政の大きな課題となっています。本講義では、現在薬がどのように作られているのか、何が問題点となり高額化しているのか、そしてどのように私たちがこの問題を解決してゆくべきなのかを一緒に考えていきます。

5/17,24 太田誠一准教授「診断・治療ナノシステムを化学で創る」
化学で創る小さなナノシステムが、新たな診断・治療の手法として期待されています。髪の毛の太さの10万分の1のサイズで精密に設計されたナノ粒子が、生体という複雑なシステムの中でどのように働き、病気を診断/治療するのか、画像診断やドラッグデリバリーシステムなどの例を中心に紹介します。

5/31,6/7 高鍋和広教授「光触媒で太陽エネルギーを水素に変換する」
世界中で脱炭素(カーボンニュートラル)のプロセスの実現が求められている中、再生可能エネルギー、特に太陽エネルギーを利用した水素製造プロセスの確立が求められています。化学システム工学で遂行している光触媒や電極触媒による水分解反応の高効率化の研究は、このようなグリーン水素の生成の実用化に大きく貢献できます。本講義ではこれらの正確な問題の把握と必要な要素技術、および革新的触媒技術の学術的基礎論を議論します。

6/14,21 戸野倉賢一教授「大気環境汚染を計測し、解決する」
温室効果ガスである二酸化炭素の排出は化石燃料の燃焼のみならず、様々な排出源があります。近年、気候変動に伴う熱帯泥炭地由来の二酸化炭素の排出量が増大しています。本講義では、その原因と対策について議論します。また、自動車にかかわる環境政策を実施した際の大気質の変化について議論します。

6/28,7/5 天沢逸里助教「『環境にやさしい』を工学的に検証する」
ライフサイクルアセスメントの考え方に基づき、樹脂で作った電気自動車、紙ストローなどについて、本当に「環境にやさしいのか」を考えます。

対象

理科系1、2年生

*その他の詳細はこちらから

【全学体験ゼミナール:化学システム工学が拓く環境を体験しよう!】(小倉 賢 教授、脇原 徹 教授、茂木 堯彦 助教、伊與木 健太 助教)

化学システム工学のアプローチを用いた環境分野の研究の最前線を体験してもらいます。
具体的には、ナノ空間材料”ゼオライト”を取り上げ、現在の環境問題にどのように貢献しているのか、また、今後どのような貢献が期待されるかを学びます。
“ゼオライト”は、シリコン・アルミニウム・酸素から構成され、その構造の中に分子サイズの空間を持っている結晶材料です。その空間を制御することで、触媒・吸着・イオン交換などの様々な機能を持たせることができ、人類が直面する様々な環境問題への応用が期待されています。

場所オンライン講義と駒場Ⅱ・本郷キャンパスでの対面演習・研究室見学を組み合わせて実施する予定です。
スケジュール講義の日時は、学生と調整の上、決定します。
状況によって実施方法が変更になる場合がありますので、最新の情報は、ガイダンスで確認してください。

*その他の詳細はこちらから

【全学体験ゼミナール:化学システム工学が拓くエネルギーを体験しよう!】(山田 淳夫 教授、品川竜也助教、Seongjae Ko 助教)

化学システム工学のアプローチを用いたエネルギー分野の研究の最前線を体験してもらいます。
具体的には、“リチウムイオン電池”と“水の電気分解”を取り上げ、それぞれどのようなデバイス・技術なのか、エネルギー問題の解決にどのように貢献するのか、について学びます。
リチウムイオン電池は、スマートフォンやノートパソコンなどに使われている繰り返し充電可能な電池です。最近は、電気自動車や電力貯蔵用途としての採用も進んでおり、貯蔵エネルギー量の更なる増加が求められています。本ゼミでは、まだ実用化されていない新材料を含むさまざまな電極を用いてリチウムイオン電池を作製し、その充放電特性の違いを評価します。それにより、リチウムイオン電池の構造と反応メカニズム、更なる高性能化に向けた課題について学びます。
一方で、電気エネルギーを化学エネルギーに直接変換するプロセスとして電極触媒反応があります。電極触媒を用いることで、例えば再生可能エネルギー由来の電力を駆動力とし、水から水素を製造することができます。本ゼミでは、その水電解プロセスのうちアノード反応である酸素生成反応に焦点をあて、種々の電極触媒を実際に調製し、かつその電極としての性能を評価します。その体験を通じて、電極反応やその反応機構についての理解を深め、本プロセスの課題について学びます。

場所本郷キャンパス工学部3号館
状況によって実施方法がオンラインに変更される場合がありますので、最新の情報はガイダンスで確認してください。
スケジュール第1回:4/24(土)午後 講義及び研究室見学
第2回:5/22(土)午後 リチウムイオン電池の実験
第3回:5/29(土)午後 水電解の実験
状況によって実施方法が変更になる場合がありますので、最新の情報は、ガイダンスで確認してください。
申込方法受講希望者は、4月13日正午までにメールで申し込んでください。
申込先:品川竜也助教 shinagawa@chemsys.t.u-tokyo.ac.jp
*科類・学年・氏名・学籍番号を明記してください。
定員最大8名
※申込人数が8名を超える場合、抽選を実施します。
※抽選結果通知予定日:4月15日

*その他の詳細はこちらから

【全学体験ゼミナール:化学システム工学が拓く医療・バイオを体験しよう!】(伊藤 大知 教授、酒井 康行 教授、太田 誠一 准教授、杉原 加織 講師、西川 昌輝 講師)

化学システム工学のアプローチを用いた様々な医療・バイオ研究の最前線を体験する。
以下の4つの研究テーマから一つを選んで体験してもらう予定です。
1)人工臓器:ECMO(extracorporeal membrane oxygenation:体外式膜型人工肺)の運転および医用injectableハイドロゲルを見学する。
2)ナノ医療診断:発光するナノ粒子を用いたがん診断を体験する。
3)生体分子解析:色の変化で毒を検出することができるバイオセンサを作成する。
4)細胞アッセイ:培養細胞を用いてマイクロプラスチックの人体影響を予測する。

場所本郷キャンパス、駒場Ⅱキャンパス、オンライン
スケジュール

ガイダンスを兼ねたオンライン講義を1回実施し、4つのテーマの中から一つを選択後、実習に進みます。希望者数によって人数調整を行うので、予めご了承をお願いします。
日程は、受講者決定後に相談の上、決定します。
(状況によって実施方法が変更になる場合がありますので、最新の情報は、ガイダンスで確認してください)

【各テーマの詳細】
1)テルモ社製のECMOに模擬血液と酸素を流すことによって、確かにヒトの肺の代わりに、酸素吸収や放散が行えることを体験する。
2)光機能性ナノ粒子の合成と、これを用いたがん細胞のイメージングの一部を、研究室で実際に体験する。
3)メカノクロミックポリマーという刺激に反応して色が変わるポリマーを用いて、自然界の毒の検出を体験する。
4)人工培養したヒトミニチュア小腸と簡単な数理モデルを使って、マイクロプラスチックの人体影響を予測する手法を体験する。

申込方法

オンラインゼミガイダンスを下記の通り行います。

体験するテーマを調整するので、受講希望者は、必ずご参加ください。

日時:4月7日(水)12時15分-12時45分

Zoom URL:
https://u-tokyo-ac-jp.zoom.us/j/99544110259?pwd= TnpnV092ekh0QkYxc0hoU3FTUkFHUT09

*その他の詳細はこちらから

【全学体験ゼミナール:Informatics, chemistry, and engineering】(杉山 弘和 准教授、Sara Badr助教)

Data science has become a vital tool in today’s world. This course explores some of its applications in the chemical and pharmaceutical industries. Together we learn how data science can help design new processes and products to advance society and protect the environment. The course will involve a brief introduction to programming tools available, in addition to the mathematical and statistical background required for data analysis.
Different data science applications in chemistry and healthcare will be discussed. Examples include solvent design, optimizing energy consumption, fault detection and others. English is the primary language used. But Japanese can be used as a supporting language as well. Teaching assistant will help you.
The maximum number of the participants will be limited from five to seven. Ideally, the participants should bring their own PCs. A preliminary session for installing required packages (Python/R) will be arranged with the participants.

場所This seminar will be hybrid of onsite (Hongo-campus) and online (zoom) as long as the situation allows. 
スケジュール The seminar will take place three times on Saturdays. The dates and the lecture modes (online/onsite) will be fixed according to the convenience of the participants and the lecturers.

*その他の詳細はこちらから