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こんにちは、レンです。 シーズン18は、光科学とSO2の世界です。
光を使った化学反応はどんなものなのかや、はたまた量子化学計算やSO2についてなど、幅広いジャンルの話を聞くことができました。
それではどうぞ。 今回のゲストは、広島大学大学院博士課程の大山良子さんです。よろしくお願いします。
よろしくお願いします。 広島大学の博士をしています。大山良子と言います。
今回、ビーストのカティノさん、ヤトウさんのご紹介で、レンさんのサイエンマニアに出させていただいております。どうぞよろしくお願いします。
はい、よろしくお願いします。そうですね、ビーストは以前このサイエンマニアでも、
カイコとゲノム編集とかのすごいマニアックなお話をシーズン3かなぐらいでしてもらったんですけど、
そこからのまたお友達紹介みたいな感じで来ていただきました。中村さんも出ていらっしゃいました。
脳と免疫のお話をしてくれた中村さんもそのつながりで、どんどん今つながりの連鎖が起きていて、
僕は非常にありがたいなと思っているんですけど、よろしくお願いします。よろしくお願いします。
大山さんはどういう研究をしているんですか? 私は有機化学といっても有機プラス光を使った反応をメインでやっています。
有機化学っていうとイメージだと子薬をごちゃごちゃ混ぜて化合物を作るっていうようなイメージだと思うんですけど、
そこに光がプラスされるっていうのは、例えば普通だと熱とかで化合物を、熱とかいろいろ子薬をいっぱい足し合わせて合成すると思うんですけど、
そういうのを使わずに光を当てて、光を当てるだけで作りたいものを作るとか、あとは光を当てて化合物が変化する、いろんなものが反応していくとかいう、そういうことを研究している、ざっくりとそんな感じですね。
いやこれ、僕自身も有機化学を今まで専攻してきたっていうのもあるんですけど、最初に聞いたとき、この光反応って光をバッと当てるわけじゃないですか、それが何か反応起きるってちょっと不思議だなというか、最初はそんな感じがしてたんですけど。
そうですね、最初はそうですよね。大学に入ると最初光から入らないですもん。有機化学だと本当に光化学は結構後半の方で出てくると思うので、どんな感じになるんだろうってイメージがつかないと思います。
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なんか応用みたいな感じのイメージはあると思うんですけど、これはなんか最初からそういう光を使った反応みたいのに興味とかってあったんですか?
そうですね、結構例えば、私が今研究室に入るときに、うちの教授が光ドラッグデリバリーっていう話をしていて、
例えば薬を体に入れて、そこに例えばがん細胞があるところに薬を投与して、そこに光を当てたら、出したいところだけに薬が出るみたいな、なんかすごい夢のある話をして来られたんですよね。
確かに夢ありますよね。
そういう光使うって、なんかすごいことなんだなみたいな。そういうふうにちょっと騙されたというか。
騙された?いやーめっちゃ面白いなって思いますけど。
そうですね、面白いなって思って、光ってなんかいろいろ応用できるんだなみたいな。
あとは、例えば光当てて蛍光を発光するとか、すごい別の色を出すとか、そういう普通の誘致化学だと激光性結構イメージなんですけど、光だと全然またそことは別の反応が落ちてるっていうところにすごい面白いなって思って。
確かに今の、まあ多分教授のプレゼンがめちゃくちゃ上手だったと思うんですけど、そうやって研究室にどんどん人を巻き込んでったんだとは思うんですけど、なんかイメージあれですよね、人の体の中でそういうことを、人の体の中に化合物を入れた後に、めっちゃそこだけ熱かけるとかって危ないみたいな。
危ないですよね。
だけど光だと、それがその局所で光当てたら、そこだけで反応するっていうのは、まあ比較的安全みたいな。
そうですね。あとは、例えば誘致化学だと、結構触媒とか使うじゃないですか、金属の触媒とか使うんですけど、光だと、そういう有毒なものとかそういうものもなしで、光だけで反応が進んでいくっていう。
イメージだとクリーンなイメージがあるので、そういう意味で、結構光っていろんなことに用いられるんだなというふうに思って。
なんか確かに、最近の流行りのSDGsとかにもすごいマッチしてるような、光で、やっぱりイメージするとソーラーパネルとかを普通の人はイメージするのかなみたいなのはあると思うんですけど、
確かに、そうかもしれないですね。
それとも、まあちょっと光反応って言うと、またちょっと違ったりはするかもしれないですけど、
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まあとりあえず最初はそういうドラッグデリバリーみたいな薬を届けて、光でそこだけ反応させるみたいなことを最初にやってたわけですよね。
はい、したいなと思って、私の研究室が4年生で配属されるんですけど、最初はそれをやりたいですって言って入ったんですけど、あまりさせてもらえず。
させてもらえなかったんですか?
なんで?
気づいたら、別の研究に取り組んでたみたいな。
あ、同じ研究室の中で?
あ、そうですね、同じ研究室の中で、なんか最初くじ引きがあったんですよね。
ドラッグデリバリー枠の中でも2種類分けられてて、ちょっと片方、やりたい子が私ともう1人いて、
くじ引きして、まあまあ最初の時はどっちがいいテーマとかなんかは全然わからなかったんで。
いやー、これあるあるですよね、実際。
そうですね、気づいてやってみたら、ちょっとこれを、なんかある化合物をドラッグデリバリーに応用する前に、それの基礎研究をしないといけないみたいなことになってしまって、
気づいたらドラッグデリバリーからすごい離れて行って、5レベルの基礎研究をやってたみたいな感じです。
まあでもそれでも一応、光反応の基礎的なこととか、そういう感じですか?
そうですね、それがまあ有機化酸化物っていう、ペルオチサイドのケミストリーなんですけど。
化酸化物。
化酸化物。
酸化されすぎちゃったものっていう感じですよね。
酸化されすぎちゃって、取り扱うの要注意の化合物なんですけど。
あー、なんか爆発とか。
そうですね、それをなんでドラッグデリバリーに使おうかと思ったかは、ちょっとまあ疑問なんですけど。
まあまあ、それはそれで結構、有機化酸化物のケミストリーは、すごい反応性を調べるの大変だったんですけど、
すごい最初の方では、実験操作の方法とか、合成方法とか、あと光反応の仕方とかは結構鍛えられましたね。
やっぱり実際危なかったりはしたんですかね?
危なかったり、そうですね、まあ合成が大変というか、合成はできたとしても、管理が大変っていうか、きれいにしてくる操作が。
生成が難しい?
はい、壊れやすいので。
あー、そっかそっか、せっかくできたと思ってもどんどん壊れちゃうみたいな感じなんですか?
そうなんですよ、あの、しかも光に結構敏感なんで、光も敏感で、酸と塩気のどちらにも敏感なんで。
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え?それどうするんですか?
光に敏感だったらめっちゃ遮光みたいな、遮りないといけないですよね、光。
そのときは、もうあらゆる光反応、全部暗闇の中でやってるんですよ。
えー、光と真逆の方向にいってる。
電池して、光反応で使うライトだけが灯ってるみたいな。
ちょっとマッドサイエンティスト感ありますね、それは。
いやー、なかなかすごい、あのときはけっこう大変でしたね。
ほんと、部屋ごと暗くしないといけないってことなんですね。
部屋ごと暗くして、だから研究室とかも、いろいろいる、けっこう人数いるんですよね。
で、あの、電気つけられてしまうと困るんで、すごい朝早くか深夜のほうにいたりとかして。
えー、大変だな、それ。
やってたりしました。
他の人は、そのレベルのはやってなかったんですか?
そのレベル、やってる人もいますね。
それの人たちは、なんか仲間意識はあって。
ですよね、一緒に暗闇で実験してるわけですよね。
そうですね。
えー、おもしろいな、それ。
それか、あとはなんか、たとえば、普通、蛍光灯じゃないですか、ライトとかは、
その蛍光灯、明るいライトではなくて、
数百メートル以下の発煙を出さないようなっていう。
特殊な電気ですか?
ちょっと特殊な電気、けっこう茶色っぽい電気を取り付けて、その下で操作するとか。
えー、すごいな。
それは、実際にそこで作った化産化物みたいなものを、どうやって使ってたんですかね?
それを、このときは、本当にけっこう、
化産化物でも、光反応の生成物の調査とか、
あと、光で発生する中間体っていう、反応性高いんですって、
それの中間体の詳しいこと、反応メカニズムわかっていなかったので、
化産化物を作って、溶液に溶かして、
それをレーザーとか当てたりとかして、いろいろ生成物調査したり、
中間体を見るのに、ラジカルっていうすごい反応性高いのが出てくるんですけど、
それをある装置で見たりとか、
見るのはすごい大変だったんですよね。
いやー、全然、僕そこの反応メカニズムを解析するみたいなとこはやったことないんで、
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大変というか、フラスコの中でそもそもできるんですかね、そういうのって。
どうやってモニターするんだろうと思って。
あ、そうですね。モニターは何種類かあるんですけど、
ラジカルの場合は、ラジカルっていうもの、すごい寿命短いんですよね。
しかも反応やってるのが質音でやってるので、すごい反応性高いので、
発生したラジカルを何かで捕捉するみたいな、
捕捉してできるもの、できたものが安定に存在するものを作って、
それを解析するみたいな。
0.0000001秒ぐらいしかできないやつを、出た瞬間にピッてキャッチしてくれるみたいなやつですかね。
そういうものを使い、それがスピントラップっていう方法があるんですけど、
そういうのを本当に、緊急事態室入ったときも誰一人やってなかったんですよね。
先輩とかも。
あ、そうです。先輩もいなくて、教授からビデオだけ渡されて、見といて。
え、ビデオ?
なんかあるんです。ビデオあって、見といてって言われて、英語で解説されてるビデオやって。
え、じゃあそれ見て、周りわかる人いなくて、やったってことですか。
そうですね、でも、ちゃんとできるようになるのに、
最初4年生だったんで、先輩も誰もわからない状態で、
またそれを測るのに、特殊なセルっていう、すごい薄っぺらいセルがあるんですよ。
あ、なんかガラスの容器みたいなやつですかね。
ガラスの、はい。それがなんか教授から、これ1本6万円するから壊さないようにね、みたいに言って。
6万円?
6万円するからって言って渡されたものを渡されて。
うわー、使いたくないな。
使いたくないなって思いながら、でも、なかなかうまくできず。
やっと、なんか終始1年のときに、やっとできるようになりましたね。
やっとその最適化条件とか、自分の光反応する化合物に対して、
そのスピントラップ材って、スピントラップする、捕捉するもの、キャッチするものをどのくらい、何通りを入れたらいいのかとか、最適条件を見つけるのに。
1年ぐらい。
あ、そうですね。
1年ぐらい経ったってことですもんね。
それとか、あとは技術とか、自分の技術とかです。
すごいな、研究室入っていきなり立ち上げをやるのもなかなかすごいし、
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英語のビデオを見るのも、最初に4年生だったら、うわーって感じですよね。
そうです、うわーってなります。
論文読むのも、ちょっとうわーって感じじゃないですか、最初。
そうです。
英語かーみたいな。
そうなんですよね。
しかも、研究テーマも、イントロダクションとか、みなさん論文書くとき作るじゃないですか。
で、それもなんか、十分で作ってくださいみたいな感じだったんで。
けっこうスパルタだな。
たまたまですか、たぶん選んだテーマが、くじ引きで選んだテーマが、そうなってしまったのかみたいな。
いや、でも、そういうテーマがあるのもすごいなーって、わかってたわけですもんね。
これを選んだ人は、なかなか修羅の道を行くことになるぞみたいな。
そうそう、そんな感じですよね。
そこで、最初にじゃあ技術とかやり方とか、いろいろやって、
で、修士のときに、実際いろんな解析を進めてったって感じですか?
あ、解析を進めて、またそうなんですよね。
また、生成物の中で、自分で取り扱ったパオディサイド有機化酸化物で光反応すると、メタンとかガス出るんですよ。
ガスが発生するんですか。
ガスが発生するんですよ。
目に見えて出る感じですか、それ。
それが、NMRってわかりますか?
NMRは、誰かの話で出てきた気がするけど、難しいですよね、NMRの説明。
説明、難しいですね。
例えばそう、なんて有機化学者がよく化合物を、何ができてるかを調べるために使う、最大の道具みたいな感じですね。
めちゃくちゃ磁力当てたら、化合物の、ベンゼンだったらベンゼンみたいなやつのHがどんな感じ?みたいな、そういう様子がふんわりわかる機械ですね。
そんなやつです。
それを測ると、構造式がわかる。
そうですね。
はい。
その中で、それを使って、溶液の中にできたメタンとかエタンを解析するみたいな。
あ、なるほど。
一応、溶けてはいる?
一応、溶けてはいるんですよね。
でも、ほんとに、修律とかも求めたりして。
でも、修律、めちゃめちゃシビアだったんで、そのとき。
ああ、そうなんですか。
同じような反応を5回ぐらいやって、再現性がちゃんととれるかとか、修律がちゃんと合うかとか。
あと、例えば、光反応って結構、酸素に敏感なやつがあるんですよね。
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うん。
酸素って、酸重鉱とかがいろいろあるんですよね。
はい、ありますよね。
いろいろ。
そこら辺に酸素っているから、それをどうやって酸素入らないようにやるかっていうやつですよね。
そうです、そうです。
なので、例えば光反応って結構、光を当てると化合物っていうのは、すごい霊気状態っていう不安定な状態になって、
そこに一重鉱と酸重鉱っていう2つの不安定な状態が存在して、
酸重鉱の状態っていうのになったと、一重鉱にまずなるんですけど、その後に酸重鉱ってなるやつもあって、
その酸重鉱のもの、不安定なエネルギーの状態のものが酸素と反応しやすいんですよね。
反応してしまうんですよ。
難しいですよね。そこを別に綺麗にコントロールできるわけでもないっていう。
そうですね。
なので、光反応自体も、やったのも酸素の条件の中でやったりとか、
酸素がない条件でやったりとか、いろんな条件でやって、
それぞれ5回ぐらい再現性とれるか確認して、修律を求めるみたいな。
大変ですよね。
なかなか今思うと、すごい闇だったなって思います。
闇。
いや、これ簡単に酸素ないようにって言うと、あんまり想像つかないですけど、
たぶん普通に実験とか有機化学あんまやったことない人はわかんないと思うんですけど、
けっこう大変なんですよね。
大変なんですよね。
入っちゃうんですよね、けっこう酸素って。
入っちゃうんですよ。
しかも操作がシビアなんですよね。
いろいろ酸素取り除く方法って、
溶液とかを1回凍らせて、
わーって吸い取るみたいな。
減圧して、
そうですね、減圧して、
真空引きみたいなのを、
溶液の中に溶け込んでる酸素を、
わーって引っこ抜くみたいな操作をやって、
それを数回繰り返すんですよね。
でも、ゼロパーセントまで酸素をなくすっていうのは、
実際無理なんですけど。
いや、そうなんですよね。
なんか酸素溶けますからね、けっこう液体に。
そうです、溶けないんですよね。
そうそうそうそう。
あれは、最初僕はもう衝撃受けましたね、そういう。
僕もやったことはありますけど、
え、溶液の中ってそんな酸素入ってんの?みたいな。
なりますよね。
ただ空気抜くだけじゃ全然出てこないんですよね。
そうですね。
だから凍らせるっていう。
そういう操作をやったりして。
大変だな、それは。
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いやー、そうです。
光反応がまたシビアなんで、それだけじゃないから。
大変なことだらけですね。
そうなんですよ。
そういういろいろ準備をやって、やっと光反応ができるみたいな。
はい、そうです。
またそれも原理もちゃんと知らないと。
例えば酸素と反応すると、酸素と反応したものができてしまってたりとか、
知るものもあるので、そういうところがシビアですね。
そこまで頑張ってやって、できたやつ見たら、
うわ、酸素と反応してるってなったらめっちゃへこみますよね。
そうですね。
うわーってなりそう。
そうなんですよね。
だからできる、どうやったら酸素と反応しないものとかを作るのが一番ベストなのかもしれないです。
まあ、でも研究対象がもうそういうものだったらしょうがないですよね。
やるしかないみたいな。
しょうがない。
したら、じゃあそれで、一応1個反応の解析みたいな。
そうですね。
実際にメカニズムをどういうふうに起きてるのか、みたいなのがわかったっていうことですかね。
そうですね、わかって、なんとか。
なんとか、はいはい。
2試合いました。
おーすごい。
これはもう、なかなかもう、二度とやりたくないと思う。
聞いてるだけで、ちょっと苦労がだいぶにじみ出てますね。
そうですね、またそうなんです。
で、そこでやったときに、身につけたスピントラップっていう、途中で言っていたラジカルっていうものを何かで、反応性の高いラジカルを何かで細くして、
見るっていう手法で、できるものっていうのを解析する方法ってあんまりわかってなかったんですよね。
はいはい。
で、それを、私有機化学もやってるんですけど、
量子化学計算っていう、パソコンでどういう構造が、構造、エネルギー、ある構造に対してエネルギーを持ってるかとか、
どういうハイザっていうか、なんていうんですか、
形みたいな。
形ができているかっていう、
あとそのハイザの、同じ化合物の中でも違うハイザが何パーセントそれぞれできてるかっていうのを、
量子化学計算っていうので計算して、
この構造が何割できてるから、できてるものはどれだみたいな、
どれが一番できているかっていうのを、
解析するのを、今日昨年度ぐらい、2年前ぐらいに、
量子化学計算と、
別の光反応でできる、ラジカルトラップ法っていう、スピントラップ法っていうものできる化合物を、
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童貞する方法を、
全然また違うやつに応用したんだね。
最初のほうで見つけたやつを、また別の光反応で出てくる、
ラジカルを特定するために解析する方法を見つけたみたい。
すごいですね。
実際のウェットな実験というか、
実際にそういう、自分で反応させて観測するっていうのと、
量子化学だったら、言ったらめちゃくちゃ、
めちゃくちゃミクロな世界のシミュレーションみたいな感じですよね。
そうですね。
どういう分子の動きをするかみたいな、言ったら、
そういうコンピューターの計算みたいなのも、どっちもやっちゃったってことですね。
そうですね。
すごい。
そうですね。ボルツマン分布とかご存知ですか?
僕はわかりますけど、ボルツマン分布は説明むずいです。
簡単に言う、ある肺座が、ある肺座というか、ある構造、
どういう形をしている構造が、それぞれ何パーセント存在しているかっていう。
そうですね。
それも計算しながら、ある一つの化合物自分を、
いろんな肺座を検討しないといけなくて。
そうなんですね。紙で描くのと全然違いますよね。
そうなんですよ。
紙ではこうやって、紙で1個で描けるやつって、実はリアルの世界ではめちゃめちゃ動いてて、
そうなんですよね。
いろんな形とっているみたいな。
僕、その辺をちょっとだけかじったことはありますけど、
めっちゃ大変なんですよね。シミュレーションするの。
そうですね。
これも実験値が実際に見えている、一番メインで見えているものっていうのはわかるので、
その実験値とシミュレーション値が、シミュレーションで出てくるのが、
どれだけ実験値に合ってるのかみたいな、合わせるっていうのはいけないので、
ちゃんとシミュレーションのやり方っていうのが合うのかどうかとか。
条件設定みたいな感じですかね。
そうですね。それから実験値が、実験値をどう説明するかとか。
そこから、同定するのがまず大事だったんで、
シミュレーション値と実験値から同定できる方法を見つけて、
同定したら、そこから元々の化合物の光反応のメカニズムを解明するみたいな。
すごい。それ実際にどっちもやって、実際の実験の値の説明がつくような、
計算の結果が出たっていう感じですよね、きっと。
はい、そうです。
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それすごいな。そこが合わないことも全然起きえますもんね。
そうですね。これをガチャガチャパソコンいじりながら、
とりあえず洋式化学計算っていうのもいろいろレベルがあるので、
いろんなレベル試してみて、
実際、私たちがやっている反応って、洋媒がある条件でやっているので、
結構、洋式化学計算は最初、真空状態でガスフェイスで反応を、
エネルギー計算とか構造に対してエネルギー計算をやれるんですけど、
まずそれをやって、実際に洋媒効果っていうのを入れたりして、どうなるかとか。
実際、最初からというか、最初に全部の要素を計算に入れてやっちゃうと、
めちゃくちゃ時間かかるみたいな。
スーパーコンピューターじゃないと無理だみたいなレベルで、
分かりやすいのは、水とかが分子の周りにうようよっているのを、
全部水の動きまで計算して答えを出すって、超大変じゃないですか。
だから最初は真空みたいなシンプルなやつでやるってことですよね。
たぶん、ほんとの漁師科学計算メインでやられてる方、もっとすごいことやられてると思います。
もっとすごいことが。
私が想像できないこと。
たぶん、もっと実際に、コストがすごい。
膨大なコストで、一つの化合物に対して周りにいっぱい水とか配置させて、
水素結合とかもいろいろ加わったりとかして、すごいことやられてるんだろうなっていうふうに思います。
ものすごい一瞬の動きを計算するのにも、めちゃくちゃ時間かけて計算しないとまだ分からないみたいな世界ですよね、たぶん。
何ミリ秒とか、そういう感じですよね。
何ミリ秒だと長いほうなのかな、かもしれないですけど、マイクロ秒とか。
また化合物大きくなるにつれても、計算の時間かかるんで。
実際やってたのは、そんなに大きくないやつ。どんな化合物ですか、使ってたのは。
例えば、そうですね。
5インカンで、ニトロチサイドってNOラジカルってなってるところがあるんですけど、
本当にそこに、そんなに5インカンなんでそこまで大きくないんですよ。
わりとちっちゃめですね。
片方にいろいろ何かくっついたもの。光反応で出てくるラジカルがくっついたもの。
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そんなに大きくなくて、幸い計算時間はそんなにかからず。
もっと大きかったら、いろいろハイザムパターンがあるんで。
ですよね、計算待ち長すぎみたいな。
そうなんですよ、長いんです。
みんな、うちの研究室がみんな光反応やってるので、
光反応でできるレイティ状態の構造とかをみんな計算しに行ってるんで。
みんな殺到してるんですか。
殺到してますね。
誰かがすごいとてつもなく大きな化合物を計算すると止まっちゃうんですよね。
サーバー落ちちゃうみたいな感じですか。
サーバーが壊すってあるんですけど、マックスでここまでしかかけられないのに、
誰かが大きなのをバーってかけると、みんなの計算が一気にストップして止まっちゃうんですよ。
みんな並んで、その大きな人が終わるまで待ってる状態。
なるほど、それはちょっとテロですね。
計算器テロ。
そうか、その辺はだいたい終始の終わりとかそれぐらいですかね。
博士に入るぐらいですか。
今この研究ですか。
それは博士の一年で、去年、昨年、もう2年前になる。
2年前と去年とかですかね、たまたま。
それは共同研究の方がいらっしゃって、一緒にやってほしいっていうことでやってたって感じですって。
なるほど。
いろいろやってるんですよね。
そこからまた違うことをやり始めたりとかですか。
そこからは、原石でSO2の話、二酸化炭素、二酸化イオンをキャッチして光るっていう話をしたのを、
その研究を見つけたというか、やろうと思ったのは、
共同研究の先でやろうっていった、今のスピントラップで出てくる反応生成物、
同手してる間にSO2が出てくるのが、光反応でSO2が出てくるのがわかったんですけど、
それをちゃんと出てるかっていうのを簡単にチェックする方法が全然見つからなくて、
普通だと、いろんなガスとかだと、こういう市販の化合物が売ってて、これを加えたら光るから出てるっていうのは確認できるっていうのはあったんですけど、
SO2だけ見つからなくて。
CO2とかそういうやつは、わりと検出できるってことですか。
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はい、そうですね。SO2ってなかなかなくて、これ作ればいいんかなみたいな。
そういうSO2で光って見やすいやつがないから作っちゃおうみたいな。
そうですね。市販みたいなやつが売ってないから、
すごいな。
作ったらいいんかなと思って、いろいろ。
ここまでお聞きいただきありがとうございました。
サイエンマニアはあらゆる分野のゲストをお呼びし、世界を探求していくポッドキャストです。
番組やSNSのフォロー、感想などいただけると嬉しいです。
では次回もまたよろしくお願いします。
