ウイルス解体新書 99

彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救っ
たと伝えられる "招き猫と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え。
（戦国時代の軍団編成の一種で、あらゆる武具を朱塗りにした部隊編
のこと）の兜（かぶと）を合体させて生まれたキャラクタ。愛称「ひ
こにゃん」

　

【男子厨房に立ちて「環境リスク」を考える　54】
■　世界一のひとり鍋レシピ②：湯豆腐鍋
一昨夜と昨夜は野菜たっぷり湯豆腐ひとり鍋を堪能、お酒は珍しく除
雪疲れもあり、サントリーの金麦でなく、近くのドラッグアオキで買
った、アサヒの「THE RICH」で戴く。ベースのイングリーディエント
（ingredients)）絹ごし豆腐、農協直販の白菜・水菜・春菊・里芋な
どの野菜、スープは味の素の鍋キューブ「鶏だしうま塩」、たれはミ
ツカンの「ゆずぽん」、そこに一昨夜は、豚肉ロースの後追加、昨夜
は牛ロース肉の後追加と、鶏－豚、鶏－牛のアレンジメント、「鶏だ
しうま塩」が絶妙に旬の白菜に染みいり、また「他人ひとり鍋」と絶
妙。日本の家庭料理は最高！と舌鼓を連打しまくる。反省点：①電子
レンジとＩＨクッキングヒータを使わず卓上型ガスコンロをつかった
こと。②食器・食材がオールジャパンでなかったこと。よかったこと
はフードロスゼロでした。

【ポストエネルギー革命序論 391: アフターコロナ時代 201】
現代社会のリスク、エネルギー以外も「分散時代」

クリスマス・イブの大雪からペースが狂い、記載洩れが続いたため、
今夜掲載する。

　世界初「カーボン空気二次電池」を開発
12月17日、再エネ向け大容量蓄電池への応用に期待も蓄電・発電機器
東京工業大学の研究グループは二酸化炭素（CO2）の電気分解により
炭素として蓄電し、その炭素と空気中の酸素を用いて発電する「カー
ボン空気二次電池（Carbon/air secondary battery、CASB）システム」
を開発。世界初のシステムで、再エネ向けの大容量蓄電池として期待
されている。
【要点】
１．CO2電気分解を利用した蓄電と炭素と空気を用いた化学反応によ
　る発電を組み合わせた固体酸化物型の大容量蓄電システムを世界で
　初めて開発
２．理論放電効率は100%であり、水素ガスを用いた既存のシステムよ
　りも高い理論体積エネルギー密度1,625 Wh/Lを有する
３．再生可能エネルギーの大規模利用において必要となる、大容量蓄
　電システムとしての活用に期待
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図１．CASBシステムの充放電方法
【充電（CO2電気分解）時】
CO2 は液体状態で貯蔵しておき、充電時は気化して使用する。システ
ム内に送られたCO2は、SOECに投入した電力によって炭素に電気分解さ
れ、その炭素は SOFC/EC内部に貯蔵される。充電時間の経過に伴い一
酸化炭素（CO）の分圧を増加させ、Boudouard 反応による熱平衡反応
（2CO⇆C+CO2）を利用して炭素を析出させる。
【放電（発電）時】
内部に貯蔵された炭素と、システムに送り込んだ空気中のO2を用いた
反応を進行させ電力を得る。この際に生成した CO2を再び液体で貯蔵
することで充放電サイクルとなる。そのためCASBシステムの充放電に
おいてCO2は排出されない。
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【概要】
東京工業大学の研究グループは、二酸化炭素（CO2）の電気分解によ
り炭素（C）として蓄電し、その炭素と空気中の酸素（O2）を用いて
発電する「カーボン空気二次電池（Carbon/air secondary battery、
CASB）システム」を提案し、その充放電の実証に成功した。CO2の電
気分解に関する研究と、炭素と酸素を用いて発電する研究は、それぞ
れこれまでも報告されていたが、両者を組み合わせたシステムの開発
は、今回開発されたCASBシステムは、再生可能エネルギーの大量導入
に必要な大容量蓄電技術として注目される水素／水-power-to-gas-to-
power （H2/H2O-P2G2P）と比較して、理論体積エネルギー密度が1,625
Wh/Lと圧縮水素（379 Wh/L、20 MPa）よりも高く、全体反応C+O2⇄CO2
基準の理論放電効率が100%。また、蓄電システムの出力と蓄電容量を
独立に制御できることから、次世代大容量蓄電システムとして期待で
きる。放電時に生成するCO2は貯蔵されるため、システムとしてはCO2
を排出しないことも特徴。固体酸化物燃料電池／電解セル（SOFC/EC）
を使用した充放電実験ではクーロン効率84％、充放電効率38％を達成。
【鍵語】CO2電気分解／ダイレクトカーボン燃料電池／固体酸化物燃
料電池／固体酸化物電解セル／電気エネルギー貯蔵
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図２．蓄電技術の体積（a）及び重量（b）基準のエネルギー密度と
出力密度の関係。リチウムイオン電池（Li-ion）、ナトリウム―硫黄
電池（NaS）、鉛二次電池（Lead-acid）、ニッケル―カドミウム電池
（NiCd）、バナジウムレドックスフロー電池（VRFB）は文献値。
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このように、再生可能エネルギーの導入が進められているが、大きな
課題として電力需給のアンバランスをどうするかのアプローチの１つ
として、「大容量蓄電技術」がある。大容量蓄電の技術開発・設備設
計において考えるべきポイントはいくつか存在する。例えば、可能な
限りコンパクトな設備で、できるだけ多くの蓄電量を確保することが
求められる。また、充電や放電をする際にロスが生じないこと（充放
電効率）も重要となる。そのほか、充放電にかかる時間が少ないこと
や、取り出せるエネルギーが大きいことなどの課題解決として「大容
量蓄電技術」が期待にされてきた。
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図３．図3aにおいて縦軸は端子電圧と出力密度PD、横軸は経過時間と
容量を示す。点線は理論起電力。図3bにおいて赤色の丸はクーロン効
率ηC、青色の三角は充放電効率ηcd、緑色のひし形は放電時の出力密
度PDを示す。

□　水素を用いた充放電技術
近年注目が集まっているのがこの水素を用いた充放電技術だが、水を
水素に電気分解し、水素ガスとして電力を貯めることができ、水素ガ
スを用いて発電することで再度電力を取り出す。水素ガス（Gas）と
電力（Power）を相互に変換。水／水素 - Power to Gas to Power（
H2/H2O-P2G2P）と呼ばれ、H2/H2O-P2G2Pでは蓄電容量と出力を独立に
設定できる利点がある。水素の酸化に伴う反応エントロピー変化や水
の蒸発潜熱が大きく、充放電効率が低くなる。また、ガスは固体に比
べて体積が大きく、体積あたりのエネルギー密度が小さく、貯蔵に場
所を要する課題が残っている。H2/H2O-P2G2P の高効率化や設備のコン
パクト化に向けた研究や、さらに高い性能を持つ充放電方式を開発・
検討とも重要で、特に炭素（C）を用いた手法に着目。これまでに、
炭化水素の熱分解で炭素を供給し、炭素を燃料に繰り返し発電する
Rechargeable Direct Carbon Fuel Cell（RDCFC）が開発されてきた
が、新たに、エネルギー密度が高く、エントロピー変化が 2 kJ/mol
未満と小さい炭素とCO2の酸化還元反応C+O2⇄CO2を活用することに着目
した。具体的には、CO2の電解反応とBoudouard反応による熱化学平衡
を利用して炭素を析出し、析出した炭素をRDCFC と同様な反応で発電
することで充放電を行った。
【成果及び展望】本研究で実証に成功したCASBシステムの充放電効率
38%は概算したH2/H2O-P2G2Pの充放電効率（20%～54%）に匹敵する結果
を得ることができた。実用化に向けては、さらなる高効率化が望まれ
るため、今後システムの改善・発展を進めていく。効率を高めるため
には、炭素の効率的な利用が可能で、かつ炭素析出下でも過電圧が低
い電極の開発が必要となる。またCASBシステムの実装に向けて、体積
エネルギー密度や充放電効率が高くできるシステム全体の充放電プロ
セスの検討が必要となる。

【関係論文】
❏Title:Carbon/air secondary battery system and demonstration
of its charge-discharge;　Keisuke Kameda, Sergei Manzhos, Man-
abu Ihara, Journal of Power Sources, DOI : 10.1016/j.jpowsour.
2021.230681outer
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【参考文献】
❏M. Ihara and S. Hasegawa, Quickly Rechargeable Direct Carbon
Solid Oxide Fuel Cell with Propane for Recharging, Journal of
The Electrochemical Society, 153, (2006), A1544-A1546
「固体炭素（カーボンブラック）を直接燃料としたリチャージャブル・
ソリッドカーボン燃料電池(RSCFC)」

❏S. Hasegawa and M. Ihara, Reaction mechanism of solid carbon
fuel in rechargeable direct carbon SOFCs with methane for char-
ging, Journal of The Electrochemical Society, 155, (2008), B58-B6

図1　リチャージャブルーダイレクトカーボン燃料電池の概念図
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図１．実験材料科学における標準的な研究サイクルの拡大。

標準的な研究サイクルと、オープンデータベース、インタラクティブ
な視覚化ツール、プロトコル、デバイスデータを報告するためのメタ
データオントロジー、データ分析のためのオープンソースコードなど
を提供することにより、Perovskiteデータベースプロジェクトがどの
ようにそれを拡張できるかを示す。実線のデータ線は、このプロジェ
クトで扱われた公開された論文のデータを示している。破線のデータ
行は、後で含まれる自然な拡張である実験および分析された完全なデ
ータセットからの生データを参照する。破線の「洞察」線は、拡張さ
れた調査サイクルの使用を表しています。
出所：Nature Energy

■　ペロブストカイト太陽電池研究データーベース
テクノロジーによって高スループットの実験が可能となり、大規模な
データセットが普及しているが、一貫性のないフォーマット、文書化
されていないストレージ、または不適切な配布な研究データから研究
分野が真に恩恵を受けることはない。このため、これまでに発表され
たハロゲン化金属ペロブスカイト太陽電池に関する査読済み論文から
すべての意味のあるデバイスデータを抽出し、データベースで利用で
きるようにします。デバイスあたり最大100個のパラメータを使用し、
42,400を超える光起電デバイスからデータを収集➲次に、データを
分析するためのオープンソースでアクセス可能な手順を開発、大規模
なデータセットの分析から収集できる洞察の例を提供。データベース、
グラフィックス、分析ツールがコミュニティで利用可能となり、オー
プンソースイニシアチブとして進化し続ける。並べ替え、インタラク
ティブな探索、データのグラフィック表現など、フィールド全体の進
捗状況を広範囲にキャプチャするこのアプローチは、材料科学、工学、
生物科学の多くの分野に適用できる。

図２．ペロブスカイトデータベースのデータカテゴリの概要

データ抽出プロトコルのメタデータ、プロセスデータ、パフォーマン
スデータの主なカテゴリの概要。 IV、電流-電圧。 QE、量子効率。

図３．ペロブスカイトセルの効率の向上

データベースからの分析の例。 a、データベース内のすべてのデバイ
スの公開日の関数として標準条件下で測定されたPCEのHexbinプロット。
すべてのデバイスの効率分布を右に示します。 b、すべてのセル、フ
レキシブルセル、およびCsPbI3ベースのセルの記録効率の進化。比較
として、NREL効率チャートのデータを示します。 c、ペロブスカイト
堆積に使用される溶媒によって分離されたスロットダイコーティング
されたペロブスカイトの発行日の関数としてのセル効率。 DMF、ジメ
チルホルムアミド; DMSO、ジメチルスルホキシド; GBL、γ-ブチロラ
クトン; NMP、N-メチル-2-ピロリドン。 d、時間の関数としてのMAPbI3、
FAxMA1-xPbBryI3-yおよびCszFAxMA1-x-zPbBryI3-yペロブスカイト組成
物の平均性能と人気。（後略）
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via Nature Energy:
Titole:An open-access database and analysis tool for perovskite
solar cells based on the FAIR data principles,2021.12.13
DOI: https://doi.org/10.1038/s41560-021-00941-3

　黒の革命
１年半年前程記憶戻そう。2020年８月25日、物質・材料研究機構が、
二次元層状物質を用いた光多値メモリ素子を開発したと発表している。
照射するパルス光の強度によって、電荷積量を多段的に調整できる。
開発発したメモリ素子は、二硫化レニウム（ReS2）や六方晶窒化ホウ
素（h-BN）、グラフェンを積層した構造。各層はそれぞれ、トランジ
スタチャネル、トンネル絶縁層、フローティングゲートとして機能す
る。この素子に短いパルス電圧を印加すると、グラフェンに電荷（正
孔）を蓄積し、情報を記録することが可能となる。素子を形成する主
な材料は、全て二次元層状物質。このため、異なる材料が接する界面
は原子層レベルで平たんとなっている。その上、格子欠陥も極めて少
なくリーク電流を抑えることができ信頼性も高い。

First published: 25 August 2020　https://doi.org/10.1002/
adfm.202001688
パルスレーザー光で電子と正孔の対を励起させやすくその数も光の強
度で制御することが可能である。グラフェン内に蓄積されている正孔
と負の電荷（電子）を再結合させたら、グラフェン内の電荷量は段階
的に減少した。この時のドレイン電流量を計測すると照射する光の強
度に応じて、「L1」から「L4」まで４段階に減少していることが分か
った研究チームは、光の強度を利用できた理由を２つ挙げた。１つは、
ReS2は層数にかかわらず、常に直接遷移型半導体。これにより「光の
吸収と電荷の励起」「トランジスタチャネル内での電荷移動」「グラ
フェンへの定量的な電荷注入」といった過程を同時に達成する。２つ
めは、ボトムゲート型の素子構造としたことである。これによって、
チャネルへの光照射が行えるようになり、光と電圧を使い分けながら、
記録の書き込みや消去、読み出しが可能となったことで、２次元層状
物質の積層構造の中に，蓄積する電荷量を光で調整に成功したことは，
❶記録密度の向上や，❷素子の省電力化に寄与するだけでなく，❸光
ロジック回路や超高感度光センサーなど様々な展開が期待できる。今
回は転写法と呼ばれる技術で多層構造の素子を実現した。今後、大面
積化に対応できれば高集積化にもつながるとみている。

25年前、わたし（たち）はカーボンナノチューブを使ったカラーテレ
ビの調査研究を開始し21世紀に入り、コンバーテック（表面加工技術）
をベースとした写真製版適用技術から派生した半導体製造技術、さら
には、蛋白表面修飾技術から派生した遺伝子編集・生命科学・生物工
学・バイオインダストリー工学をベースにしたナノテクノロジーの３
つの領域のプラットフォームを融合しネオコンバーテック（新表面加
工技術）領域を創業させつつ、あわせナノカーボン技術領域の誕生を
『黒の革命』と呼称し、その調査・研究は凡そ15年を経る。そこで、
今月24日、NIMSを中心とする国際共同研究チームが、透過型電子顕微
鏡 (TEM)内高精度ナノマニピュレーション技術の開発を行い、個々の
カーボンナノチューブ (CNT) に対し局所的にらせん構造を変化させ、
金属半導体転移を制御し、CNT分子内トランジスタ作製に成功してい
る。

熱・応力誘起螺旋構造転移で金属CNT内半導体ナノチャネル実現
室温で量子輸送可能な2.8 nmのカーボンナノチューブトランジスタ
【概要】
カーボンナノチューブは螺旋構造をしており、キラリティーにより、
金属か半導体かが決まる。その場透過型電子顕微鏡を使用して、局所
的なキラリティーを変更し、それにより個々の単層カーボンナノチュ
ーブの電子特性を制御するために加熱と機械的ひずみを適用する。よ
り大きなキラル角領域への遷移傾向が観察され、配向に依存する転位
形成エネルギーの観点から説明される。制御された金属から半導体へ
の遷移を実現して、金属ナノチューブのソースとドレインの間に共有
結合した半導体ナノチューブチャネルを備えたナノチューブトランジ
スタを作製した。さらに、室温での量子輸送は、 2.8ナノメートルと
いう短いチャネル長で製造されたナノチューブトランジスタで実証さ
れた。

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❏ キラリティー (chirality) は、３性次元の図形や物体や現象が、
その鏡像と重ね合わすことができない性質。掌性（しょうせい　➲
左右の手のように、あるいは実像と鏡像のように、形は似ているが
重ならない性質）。 via Wikipedia

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【要点】
１．国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS) を中心とする国際
　共同研究チームは、透過型電子顕微鏡 (TEM) 内高精度ナノマニピュ
　レーション技術の開発を行い、個々のカーボンナノチューブ (CNT)
　に対して局所的にらせん構造を変化させ、金属-半導体転移を制御す
　ることにより、CNT分子内トランジスタの作製に成功。
２．半導体CNTは、エネルギー効率が高いナノトランジスタ用素材とし
　て非常に有望であり、現在のシリコンを超えるマイクロプロセッサ
　の構築を可能とすると言われていきたが、立体構造や電子特性を決
　定する個々のCNTのらせん構造を制御することは、依然として大きな
　課題であった。
３．今回、共同研究チームは TEMを用いてその場観測しながら、CNT
　を加熱し機械的なひずみを与え、局所的にらせん構造を変化させる
　ことで、 CNTの電子物性の制御に世界に先駆けて成功した。今回は、
　CNTの金属伝導から半導体伝導への転移をコントロールし、金属CNT
のソースとドレインの間に半導体CNTナノチャネルを共有結合させ
　たナノチューブトランジスタを実現した。作製したナノチューブト
　ランジスタは、チャネル長がわずかに 2.8ナノメートルで、室温で
の量子輸送であることが初めて実証された。
４．今後は、分子構造操作による革新的なナノスケール電子デバイス
　の可能性を示した成果に基づき、原子精度の材料構造工学および単
　一分子、単一原子レベルの電子、量子機能デバイスの設計と製造を
　目指していく。
５．本研究成果は、米国学術誌 Science誌の2021年12月24日 (日本時
間) オンライン掲載 (science.org/doi/10.1126/science.abi8884))
される。

✔ もはやこれは『黒の革命』➲「量子ドット工学」領域の"渦論"の
　１つ量子機能デバイス事業が実用（新星誕生）段階に入ったことを
　意味する。これは面白い。

　
2017.12.21　青森秋田ソーラーシェアリング
✺　最新のソーラーシェアリング事情
このブログでも「ソーラーシェアリング」と「植物工場」を掲載して
いるが最新の動動向を掲載する。まず、農業スタイル「ソーラーシェ
アリング」。太陽の恵みを余すところなく活かし切る、環境調和型シ
ステム。そこには、様々な日本の課題を解決する、大いなる可能性が
ある。ソーラーシェアリングは、別名「営農型太陽光発電」と呼称さ
れている。耕作地の上に太陽光パネルを設置して、１つの土地で農業
と発電事業を同時に行おうという取り組みだ。農家の経営安定と自然
エネルギーの普及を両立させる一石二鳥のシステムとして、いま多方
面から期待を集めているソーラーシェアリング。少し前までは、農地
法の運用が厳しく、農地を農業以外に使うことが禁止されていたが、
2013年、農林水産省が一定の条件のもと、これを認める方針を打ち出
したことで、着実に広まってきた。一般の認知度はまだまだ低いが、
既に実証段階を終え、いまや日本全国1000ヶ所以上で導入されている。
尚、営農型太陽光発電は次の２つの特徴をもつ。
１．作物に過剰な光は必要なし　パネルの下でもよく育つ
２．日本農業の課題とエネルギー問題を一挙解決

例えば、2017年５月には、秋田県において、水田とソーラーシェアリ
ｎングを組み合わせた実証実験がスタート。水田でのソーラーシェア
リングは全国でも極端に事例が少ない。電効率性を考慮したパネル配
し、効率性の高い配置図面を作成。電損率を抑えた画期的な配置し実
現している。また、この年12月には、秋田県内初の営農型発電シイタ
ケ農園もスタート。原木シイタケの生産は日影が必要のため、ソーラ
ーシェアリングは理にかなっている。人工ほだ場を従来の山間地では
なく平地に設けることで、生産効率も向上できる。
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出所：営農型太陽光情報提供システム.com
https://www.maff.go.jp/j/shokusan/renewable/energy/attach/pdf/
einou-65.pdf
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尚、今年９月、農林水産省より、ソーラーシェアリングの最新の統計
情報によると、2019年度の許可件数は、661件で、前年度の件数を37%
上回り過去最高で、19年度までの累計許可件数は　2,653件で、面積は　
741ヘクタール。地域別では関東が1,501件で全体の57%、次いで東北
が225件で10%を占める。また、下部農地での栽培作物分類毎の取組割
合を見てみると、最も多いのが野菜（34%）となっており、次いで観
賞用植物（30％）。主な作物別に見ると、さかき、しきみ等が30％（
786件）、みょうが、ふき、あしたば等が16%（405件）、太陽光パネ
ルにより遮光することを前提とした特徴的な作物が多く栽培されてい
る。農地区分で見てみると、令和元年度の新たに転用許可を受けた営
農型太陽光発電設備は、農用地区域内農地が75％(493件）で、第1種
農地が19%（125件）。また、平成25年度から令和元年度までに新たに
転用許可を受けたもののうち、荒廃農地を活用したものは11.8%（305
件）、荒廃農地の再生利用にも寄与。

ところで、上写真の如く海外では、植物工場型果樹園のソーラーシュ
アリングが試行がはじまっており、大規模気候変動対応も含め様々な
試行事業がスタートしている。

⛨ 市中感染に危機感　年明け第6波の見方も　岸田政権、コロ
ナ対策正念場
▶2021.12.31 13:11 JIJI.COM
【ウイルス解体新書 99】

序　章　ウイルスとは何か
第１章　ウイルス現象学
第７節　新型コロナウイルス
７－１　新型コロナウイルスのライフサイクル
７－２変異ウイルス
７－２－１　感染・伝播性の増加や抗原性の変化が懸念される新型
　コロナウイルス（SARS-CoV-2）の新規変異株について（第9報）
第９節　感染予防・検査・治療
９－１　検査方法・装置設備
９－１－１　新型コロナウイルス感染症に関する検査
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１．新型コロナウイルス抗体の種類と量を30分で測定
▶2021.9.3 理化学研究所
Supplementary Information
Amplification-free RNA detection with CRISPR-Cas13

補足図1.マイクロチャンバーデバイス
（a）マイクロチャンバー装置の上面図。入口ポート付きのガラスブ
ロックがガラス基板に取り付けられている1,000,000個のマイクロチャ
ンバーを含み、その間にU字型のスペーサーシール（水色）がある。
スケールバー、10mm。（b）3D共焦点レーザーによって取得されたガ
ラス基板上のマイクロチャンバーの表面画像顕微鏡。スケールバー、
20μm。（c）（b）の赤い線の断面の線プロファイル。平均チャンバ
ーの直径、高さ、および容積は、それぞれ2.5μm、0.6μm、および2.
9fLとなる。
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この項つづく
第１０節　ウイルスとともに生きる
１０－１　バイオハザード対策の発展史
１０－２　高度隔離施設の現場へ
１０－３　病原体の管理基準
１０－４　根絶の時代から共生時代
第２章　COVID-19パンデミックとは何だったのか
第１節　各国の動向と対策の特徴
１．米国
１－１ COVID-19委員会の創設を提案
第２節　謎のCOVID-19起源
２－１　消えぬ武漢研究所人為的発生説
第３節　新型コロナウイルスで分かったこと
３－１　人体の免疫システムからの逃避機構
▶2021.11.16 北海道大学　
３－２－１　
▶2021.12.16 Science Translational Medicine
３－３　ファクターＸ”は日本人の免疫細胞か
▶　2021.12.10 20:17日本テレビ系（NNN）
第４節　いつまで続く「コロナ禍」は?!　
４－１　適切な専門家に聞く「新型コロナ」の読み解き方
４－１－２　人工ウイルス説はなぜ登場し、そして否定できるのか
４－１－３　SARS-CoV-2とはどんなウイルスなのか
終　章　ウイルス感染症と戦略『後手の先』