酒井複素ゲルプロジェクト

SAKAI Real and Abstract Gels Project

ビジョン

未知から常識へ。
ゲルの可能性を可視化する

ゼリーやソフトコンタクトレンズ、人体そのもの──。
ゲルは私たちの生活に深く根ざす存在でありながら、その構造が科学的にまだ十分に「見えていない」素材でもあります。
本プロジェクトでは、構造や性質とその法則を解き明かし、ゲルの可能性を可視化することを目指します。
「未知から常識へ」──ゲルを設計可能な素材へと進化させ、新たな価値創造へとつなげていきます。

ゲルの可能性を可視化する
〜「ゲル研究」への思い

「ゲル」とは？

あれもこれもそれも。
日常生活と密接に関わっている「ゲル」

ゲルとは、水などの液体を多量に含みながら、固体のように形を保つ柔らかい物質のことです。ゼリーや寒天、コンタクトレンズ、化粧品などにも使われており、あまり認識されていませんが、私たちの日常生活はゲルと密接に関わっています。

科学的には高分子が三次元的に繋がった網目状の構造（ネットワーク）を形成して、液体を内部に保持している状態であり、「固体」と「液体」の性質をあわせ持つ「ソフトマター（柔らかい物質）」の代表例です。しかし、ゲルはそのあいまいな構造ゆえに、材料科学の中で長らく周縁的な存在とされてきました。それでも近年、ゲルは生体材料や医療、環境工学などさまざまな領域での応用が期待され、再評価が進んでいます。とりわけ、生き物の多くが「ゲルのような状態（水を多く含んだ柔らかい構造）」で成り立っていることから、生命科学や再生医療における研究も活発化しつつあります。

あれもこれもそれも？
「ゲル」を分かりやすく徹底紹介

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「複素ゲル」とは？

複素ゲル＝物質としての「具象ゲル」＋概念としての「抽象ゲル」

複素ゲルとは、ゲルを構成する物質的側面（実体）と、それを抽象化した構造的・概念的側面を一体的に捉える新しい研究概念です。本プロジェクトにおいては、ゲルを単なる「物質」として取り扱うのではなく、その構造や力学を通じて得られる知見を、より普遍的な「ネットワーク」や「ひも」の科学へと拡張し、他分野へ応用可能な学理の構築を目指しています。
物質としてのゲル（「具象ゲル」）に対して、こうした抽象的モデルや理論的体系を「抽象ゲル」と位置付け、両者を合わせて「複素ゲル」と定義しています。これは、実数と虚数を統合した複素数のように、物質と概念を往復しながら新しい価値を生み出すことをイメージしたものです。

複素ゲルという枠組みを通して、ゲルを起点としつつ、材料科学・生物学・物理学・情報科学など多様な領域にまたがる横断的な研究を展開していきます。

3つのアプローチ

複素ゲルプロジェクトでは、以下3つのアプローチを柱に研究を進めています。
複眼的なアプローチによって、ゲルの可能性を広げ、新たな価値創造につなげます。

session 01: "Precision Gel Science" This study redefines "What is a gel?" by addressing three grand challenges: deepening precision gel science, precise observation of gel networks, and understanding gel heterogeneity. We propose new theoretical frameworks that integrate polymer network-solvent interactions, currently overlooked in existing models, to refine gel property predictions. Advanced techniques are employed to visualize hierarchical structures, overcoming observational limitations. Lastly, we analyze controlled inhomogeneities in the polyethylene glycol-water system to assess deviations from ideal gel theory. These efforts alm to advance gel science and enable the development of precisely engineered materials.

01
ゲルを理解する
単にその性質や構造を知るだけでなく、その相関関係が「どのようにつながっているのか」を根本から解き明かします。「ゲルの硬さは何によって決まるのか？」「構造はどこまで均質か？」──。実は、こうした問いにまだ誰も正確に答えられていないのです。本プロジェクトでは、高い解像性能をもつ「超解像顕微鏡」や、強力な光によって物質の構造や性質を調べることができる「大型放射光施設」といった先端技術を駆使して、ゲル内部の見えない構造を可視化し、実体としてのゲルの理解に挑みます。
session 02: "Fabricating organs using gel scaffolds" This project explores the concept that organisms exhibit gel-like properties by systematically studying materials, cells, and biological functions. We first investigate how BCM-mimicking PEG gels influence cell behavior by controlling pore size, revealing its impact on physiological functions. Next, we examine how gels modulate biological activities by restricting body fluid movement, uncovering both beneficial and unintended biological responses. Finally, we develop synthetic gels that mimic biological tissues to create innovative medical materials. This study advances our understanding of biology from a gel perspective and fosters new biomedical applications.

02
ゲルで生体組織を造る
従来の再生医療では、主に細胞や成長因子に着目した研究が進められてきました。しかし、三次元の臓器を造るためには、形を規定する「足場」が必要不可欠です。そこで本プロジェクトでは、精密に構造が制御されたゲルを生体組織の「足場」として用いることで、臓器のような構造や機能を再構築することに挑戦しています。ゲルと生体相互作用を解明し、「ゲルの中で細胞が自然に集まり、組織になる」という、物質を土台とした再生医療を目指します。
session 03: "Expansion of Gel Science to Abstract Gels" This project expands gel science beyond real gels into the realm of Abstract Gels, pioneering a new academic field called "Complex Gel Science." We explore three ambitious sub-themes: First, we develop a viscoelastic simulator using ideal gels to conduct lab-scale earthquake experiments, bridging gel science and seismology to advance the understanding of fracture, friction, and wave propagation. Second, we investigate universal laws governing network solids, unifying concepts from polymer gels, colloid gels, and granular materials to uncover common physical principles. Third, we establish "Open Complex Network Science" by integrating new network theories to explain gel behavior under deformation, swelling, and fracture. This research fosters interdisciplinary breakthroughs, revolutionizing the study of gels and complex systems.

03
ゲルを抽象化し、世界を広げる
ゲルを物質という枠組みから抽象化し、その中に潜む構造の本質やふるまいの原理を取り出すことで、他の物質や現象にも通用する「普遍的な見方」を探索する試みです。例えば、ゲルは高分子のネットワークが水分を保持する柔らかい構造を持っていますが、この「ネットワーク性」は、宇宙の大規模構造やSNSなど、さまざまな物質や現象にも共通する構造的特徴の一つです。ゲルを抽象化し、他分野と知見を行き来させることで、ゲルを広い学問領域の中に位置付け、新たな学際的知の創成を目指します。

MEMBER

メンバー

ゲル科学探究グループ研究総括兼グループリーダー 酒井崇匡 東京大学　大学院工学系研究科　化学生命工学専攻　教授プロフィールを見る

東京大学工学部マテリアル工学科を卒業後、同大学院で博士（工学）を取得。2005年より日本学術振興会特別研究員として活動を開始し、東京大学大学院工学系研究科で特任助教、助教、准教授を経て、2020年から教授を務める。高分子物理学、ゲル、生体材料の研究に従事し、主な受賞歴には、2025年の日本学士院奨励賞および日本学術振興会賞、2020年の高分子学会学術賞がある。酒井氏の研究は、ゲルの構造と特性に関する革新的な発見をもたらし、Nature MaterialsやScience Advancesなどの著名な学術誌に掲載されている。また、人工硝子体や、組織足場材料、人工靱帯としてのハイドロゲルの開発にも寄与し、その成果は生体材料の分野で広く評価されている。
ゲル科学探究グループ研究総括補佐 増田造 東京大学　大学院工学系研究科　化学生命工学専攻　特任講師プロフィールを見る
- 2008年3月　駒場東邦高等学校卒業。
- 2008年4月〜2012年3月　東京大学理科1類工学部マテリアル工学科。
- 2012年4月〜2017年3月　東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻（指導教員：吉田亮教授）。
- 2014年4月〜2017年3月　日本学術振興会特別研究員DC1。
- 2017年4月〜2019年3月　日本学術振興会特別研究員PD,東京工業大学生命理工学院。
- 2019年4月〜2025年3月　東京大学大学院工学系研究科バイオエンジニアリング専攻助教。
- 2025年4月〜現在　東京大学大学院工学系研究科化学生命工学専攻特任講師。
ゲル・生命相互作用解明グループグループリーダー 北條宏徳 大阪大学　大学院歯学研究科バイオインフォマティクス研究ユニット　教授プロフィールを見る
- 平成20年4月　日本学術振興会特別研究員DC1（東京大学大学院医学系研究科）。
- 平成23年3月　東京大学大学院医学系研究科医学博士課程内科学専攻修了。
- 同年4月　日本学術振興会特別研究員PD（東京大学医学部附属病院）。
- 平成24年10月　南カリフォルニア大学ブロードCIRMセンター博士研究員。
- 平成26年4月　日本学術振興会海外特別研究員（南カリフォルニア大学）。
- 平成28年6月　東京大学大学院工学系研究科バイオエンジニアリング専攻特任研究員。
- 平成28年11月　東京大学大学院工学系研究科バイオエンジニアリング専攻特任助教。
- 平成29年9月　東京大学大学院医学系研究科附属疾患生命工学センター臨床医工学部門助教(工学系研究科兼担)。
- 令和7年10月　大阪大学大学院歯学研究科バイオインフォマティクス研究ユニット教授。
抽象ゲル展開グループグループリーダー 作道直幸 ZEN大学　准教授
東京大学　大学院工学系研究科　化学生命工学専攻　特任准教授プロフィールを見る
- 2002年4月〜2006年3月　京都大学理学部。
- 2006年4月〜2008年3月　京都大学大学院理学研究科化学専攻（修士過程）。
- 2008年4月〜2012年3月　京都大学大学院理学研究科物理学･宇宙物理学専攻（博士課程）。
- 2009年4月〜 2011年3月　日本学術振興会特別研究員（DC2）。
- 2012年4月〜2013年3月　東京大学大学院理学系研究科物理学専攻　特任研究員。
- 2013年4月〜2015年4月　理化学研究所仁科加速器研究センター　日本学術振興会特別研究員（PD）。
- 2015年5月〜2018年9月　お茶の水女子大学ソフトマター教育研究センター特任助教。
- 2018年10月〜2020年7月　東京大学大学院工学系研究科バイオエンジニアリング専攻特任研究員。
- 2020年8月〜2021年10月　東京大学大学院工学系研究科バイオエンジニアリング専攻特任助教。
- 2021年11月〜2023年3月　東京大学大学院工学系研究科バイオエンジニアリング専攻特任講師。
- 2023年4月〜現在　東京大学大学院工学系研究科化学生命工学専攻特任准教授。