東北大学 研究シーズ集

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〈パーキンソン病〉

ヒト間葉系細胞からの神経細胞誘導と神経変性疾患への応用

 
 
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特徴・独自性
骨髄間葉系細胞はすでに臨床応用されており、腫瘍形成能が無い。我々はNotch遺伝子導入と浮遊培養を組み合わせることで神経前駆細胞を作り出すシステムを開発し、脳梗塞での有効性を示した。さらにGDNFによりドーパミン神経となり、ラットでパーキンソン病の機能改善が確認された（J. Clin. Invest, 2004）。さらにパーキンソン病サルの脳内へ自己細胞移植することで運動障害や脳内ドーパミン機能を長期間にわたり改善し、腫瘍形成や副作用が現れないことを分子イメージング技術で明らかにした。霊長類動物における世界で初めての成果でJ. Clin. Invest （2013）に掲載され、Nature Review Neurosci、Los Angeles Timesなど主要な雑誌やメディアで取り上げられた。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
神経前駆細胞、ドーパミン神経、共に脳梗塞やパーキンソン病の治療開発に有効である。さらに神経系に作用する薬剤開発に置けるスクリーニングにも応用できる。

医学系研究科
出澤 真理 教授 医学博士
DEZAWA, Mari Professor
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〈パーシステントホモロジー〉

位相的データ解析

 
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特徴・独自性
「データの形」を特徴付ける位相的データ解析の理論および応用研究を行っている。膨大かつ複雑な高次元データに対してトポロジーを用いたマルチスケール解析手法を開発しており、その数学的普遍性から材料科学・生命科学・情報通信分野などへ幅広く応用されている。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
データ駆動型問題に関わる全ての業種が対象。統計・機械学習とのリンクも推進しAI関連の研究開発も対象。これまでの産学連携研究例としては材料構造解析や画像解析が挙げられる。

材料科学高等研究所
平岡 裕章 教授 博士（理学）
HIRAOKA, Yasuaki Professor
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〈バーチャルリアリティ〉

3次元音空間情報センシング・合成技術

 
 
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特徴・独自性
高精細3D音空間情報センシングと3D聴覚ディスプレイ技術は、人間が両耳情報から3D音空間を知覚する過程の科学的知見に基づくものである。センシング：2マイク入力から、3D音空間情報を損なわずに目的方向の音の抽出が可能。また多数のマイクから完全な全方位3次元音空間情報を記録する技術を有する。
聴覚ディスプレイ：ヘッドフォン・2スピーカにより精密な3次元音空間合成が可能。また多数スピーカによる音場の精密合成技術を有する。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
高臨場感3D情報通信・放送分野、音楽ホール演奏等の高感性音空間丸ごと記録、音空間サーベイランス、補聴・助聴器等に直接応用が可能。また、感性工学や遠隔労働、遠隔医療等の分野における応用も想定できる。

電気通信研究所
鈴木 陽一 教授 工学博士
SUZUKI, Yoiti Professor
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未来の生活を豊かにするインタラクティブコンテンツ

 
 
 
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特徴・独自性
（1）人と空間とコンテンツに関する研究
さまざまな形のコンテンツ、それを見たり使ったりする人々、そしてこれらを取り巻く空間を含めて考え、これらの間のさまざまな関係に注目して、人々の作業を効率的にしたりコミュニケーションを円滑にしたりするインタラクションの手法を提案しています。また、これらが人々に及ぼす影響の調査・実験等に関する研究も進めています。
(2) ディスプレイと3次元インタラクション
さまざまな情報コンテンツを的確に表示するディスプレイ装置と、これらをうまく活用してコンテンツを直感的に利用するための新しい3次元インタラクション技術の研究を進めています。また、これまで計測が困難であった複雑な手作業中の手指の詳細な運動を計測する新しい3次元モーションセンサに関する研究も進めています。
(3) コンテンツのインタラクティブで柔軟な表示
創発の考え方によるアルゴリズムを利用して、様々なコンテンツを状況に応じて動的に、そしてインタラクティブに表示する新しい手法を提案しています。さらに、その特徴を活かした応用に関する共同研究を、多方面の方々と進めています。
(4) インタラクションデザインと評価
大画面、タッチパネル、マウスなどのさまざまな環境で効率的にコンテンツを扱うことができるように、オブジェクト選択などの基本インタラクションについて、運動学や実世界のメタファを導入して新しい手法をデザイン・評価する研究を進めています
(5) 災害復興エンタテインメントコンピューティング
情報通信の技術を用いてエンタテインメントの魅力をさらに高め、可能性を広げようとするエンタテインメントコンピューティングの研究を通して、被災地の創造的復興と、将来の災害にも対処できるように、いろいろな知見を蓄えることを目標に進めている研究です。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
いずれの研究テーマでも、我々の技術や知見を世の中の多くの方々に使っていただき、生活を便利にしたり、快適にしたりすることができたらと考えています。そのために、いろいろな分野の方と一緒に連携させていただきたいと思います。

電気通信研究所
北村 喜文 教授 工学博士
KITAMURA, Yoshifumi Professor
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〈ハードウェアアルゴリズム〉

サイバーフィジカルシステムの情報セキュリティ技術とその応用

 
 
 
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特徴・独自性
実世界とサイバー空間のコンピューティングが融合する次世代ICT社会に向けた情報セキュリティ技術の研究を行っています。特に、暗号や誤り訂正符号等のセキュリティ機能を超高速・極低電力で行うHWおよびSWコンピューティング、システムを各種物理攻撃（システムに物理的にアクセスして行う攻撃）から守るセキュア実装技術、システムの利用環境（情報環境や電磁環境）に応じたセキュリティ最適化技術の関する研究を中心に行っています。

産学連携の可能性
情報セキュリティ技術の分野における産学連携を進めることができます。特に、組込みシステムセキュリティに関して、これまでに多くの国内外企業、大学、研究機関などと連携した実績があります。

電気通信研究所
本間　尚文 教授 博士（情報科学）
HOMMA, Naofumi Professor
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〈ハードウェアセキュリティ〉

サイバーフィジカルシステムの情報セキュリティ技術とその応用

 
 
 
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特徴・独自性
実世界とサイバー空間のコンピューティングが融合する次世代ICT社会に向けた情報セキュリティ技術の研究を行っています。特に、暗号や誤り訂正符号等のセキュリティ機能を超高速・極低電力で行うHWおよびSWコンピューティング、システムを各種物理攻撃（システムに物理的にアクセスして行う攻撃）から守るセキュア実装技術、システムの利用環境（情報環境や電磁環境）に応じたセキュリティ最適化技術の関する研究を中心に行っています。

産学連携の可能性
情報セキュリティ技術の分野における産学連携を進めることができます。特に、組込みシステムセキュリティに関して、これまでに多くの国内外企業、大学、研究機関などと連携した実績があります。

電気通信研究所
本間　尚文 教授 博士（情報科学）
HOMMA, Naofumi Professor
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〈パームオイル廃液〉

パームオイル廃液(POME)の高効率の新規メタン発酵プロセスの創成

 
 
 
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現在、マレーシアとインドネシアの２ヶ国は世界のパームオイル生産量の86％を占め、大量に排出されるパームオイル廃液 (POME) はラグーン (安定化池) で不適切に処理され、表層水・地下水汚染や悪臭問題を引き起こしているだけでなく、メタンガスを大気中に放出して温暖化を加速させている。本研究は、メタン発酵の技術的・微生物科学の卓越した蓄積を有する日本の研究機関コンソーシアム (東北大学、産総研、国環研) が、マレーシア、インドネシアの研究機関 (SIRIM、BPPT) と国際共同研究体制を構築して、現地一体型の実証実験によって、POMEを高効率で処理する新規の高性能メタン発酵技術を創成することである。我々は本研究に関して興味のある企業へ学術指導を行う用意がある。

未来科学技術共同研究センター
原田 秀樹 教授 工学博士
HARADA, Hideki Professor
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〈バイオFETセンサ〉

LSI技術を用いた医療・ヘルスケア用マイクロナノ集積システム

 
 
 
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特徴・独自性
半導体工学と神経工学を基盤として、生体の構造と機能の理解に基づいた医療・ヘルスケア用の新しいマイクロ・ナノ集積システムの研究開発を行っています。脳をはじめとする生体の電気的・化学的状態を多元的・立体的に計測解析するための神経プローブや生体信号処理LSI、生体と同じ積層構造を有することにより高いQOLを実現する完全埋込型人工網膜などの研究開発を推進しています。また、シリコン貫通配線（TSV)を用いたCtC/CtW/WtW三次元集積化技術の研究開発も行っています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
これまでに国内外の企業・研究機関と三次元集積化技術や生体信号処理LSIに関する共同研究を積極的に行っています。
①医療現場での生体情報モニタリング機器やパーソナルヘルスケア機器に使用される集積回路や医用集積モジュールの開発
②シリコン貫通配線を用いた三次元集積回路の開発(3D-LSI/TSV)

医工学研究科
田中 徹 教授 博士（工学）
TANAKA, Tetsu Professor
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〈 バイオLSI〉

バイオLSIの開発

 
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特徴・独自性
微細加工と局所表面での化学反応を利用し、生体物質を固定した新しい集積型バイオデバイスを作製するための基盤技術開発を展開しています。この度、生体材料の電気化学的応答を、１ピコアンペアレベルで迅速にしかも網羅的に解析できる超高感度多点電気化学バイオLSIを開発いたしました。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
バイオLSIを用いると、DNA、タンパク質、細胞の機能を網羅的に解析することが可能であり、次世代のバイオアレイへと展開できます。また、iPS細胞、ES細胞からの筋肉、心筋、神経細胞等への分化や、細胞の呼吸活性、遺伝子発現活性の解析にも使用できます。このバイオLSIは、先端融合イノベーション創出拠点事業で開発されたものであり、バイオLSIおよびその制御システムを貸し出します。興味のある方は下記にご連絡下さい。

sentan-bio01@mems.mech.tohoku.ac.jp

環境科学研究科
末永 智一 教授 薬学博士
MATSUE, Tomokazu Professor
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〈バイオインターフェース〉

レーザファブリケーションによる高機能バイオインタフェースの創成

 
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　本研究では、レーザ照射を利用して材料表面に様々な機能を付与する手法の開発を行っている。とくにレーザを材料に照射した際に生じる現象を、シミュレーションおよび実験的な手法を用いて明らかにし、新しい機能性インターフェースの創成を行っている。
　本研究成果は、生体・医療用デバイスへの応用を始めとし、幅広い分野への波及効果が期待できる。

■　高機能バイオインターフェースの創成
　人工臓器や人工血管、あるいはバイオインプラントなどに利用される材料は、生体組織や細胞に対する高い親和性が求められる。そこで本研究室では、レーザ照射による表面創成プロセスにより「生体に優しい」表面づくりにも取り組んでいる。
　本手法により、チタン系材料に対して生体に活性な機能を付与することに成功している。このような機能を持つ材料を生体内に埋入すると、表面にハイドロキシアパタイト（骨や歯の主成分）が自然に析出する。この方法を利用すれば骨との固着性に格段に優れるインプラントを作製することが可能であり、人工関節や歯科インプラントなどへの応用が期待できる。
　本研究ではこのような手法を駆使し、バイオ分野への新たなブレークスルーを目指す。

工学研究科　機械システムデザイン工学専攻
水谷 正義 准教授 博士（工学）
MIZUTANI, Masayoshi Associate Professor
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〈バイオエタノール〉

バイオ燃料生産に適したイネの開発研究

 
 
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特徴・独自性
セルラーゼ遺伝子を用いたバイオ燃料生産に適したイネの開発研究を行っている。収穫前にセルラーゼを高発現させ細胞壁の部分分解を行えば、収穫後の稲わらの糖化性が向上するのではないかと考えた。まず、セルラーゼを恒常的に高発現するイネを作成したところ、稲わらの糖化性が向上したが、形態異常や不稔が観察された。そこで、老化時期特異的にセルラーゼを高発現させたところ、形態や稔性は正常で稲わらの糖化性が向上した。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
未利用稲わらをバイオマスとして有効利用できる。この技術は他の植物に応用可能である。また、改良されている前処理や糖化・発酵微生物と組み合せることによりさらにバイオ燃料生産の効率化が図れる。

農学研究科
伊藤 幸博 准教授 農学博士
ITO, Yukihiro Associate Professor
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〈バイオガス〉

ウシの第一胃内微生物を用いたバイオマス循環・バイオエネルギー生産

 
 
 
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特徴・独自性
ウシの第一胃に生息する微生物（ルーメン微生物）の高いセルロース分解能を紙および木および草の分解に工業的に利用する方法を考案し、特許を出願した。この研究により、１）食肉処理場でのルーメン液の処理コストの大幅削減、２）廃用牛への価値の付与、３）草本・木質系バイオマスの高効率バイオガス化、発電が可能となる。この技術は動物がもつ機能を利用した地球環境に調和した画期的なものである。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
この技術の実用化研究を推進中であるが、完成した暁にはルーメン微生物を活用した高効率バイオガスシステムによる新規のバイオガス事業、環境リサイクル事業が生み出される。実用化および事業化を目指す企業や団体との共同研究を希望する。

農学研究科　附属先端農学研究センター/附属複合生態フィールド教育研究センター
中井 裕 教授 農学博士
NAKAI, Yutaka Professor
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〈バイオ関連機器〉

IVRによる高血圧根治術－副腎静脈サンプリング技術を応用した原発性アルドステロン症の低侵襲治療－

 
 
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特徴・独自性
リジッドタイプのRFディバイス（プロサージアプリケーター）を含むラジオ波焼灼システム（バイポーラRFAシステムCelonPOWER）により、2極針を用いての300～500kHzの高周波電流、40W程度の電力で副腎腺腫組織の焼灼を可能とする機器の開発及び治験を行う。

これにより、高血圧の10％を占め、我が国に400万人の患者が潜在するとされる頻度の高い副腎性二次性高血圧である原発性アルドステロン症の低侵襲治療完成を目指す。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
高血圧の原因となるアルドステロン産生腺腫焼灼ディバイスとして、医療機器・カテーテル関連企業との焼灼針の共同開発を行う。また、画像診断にて検出困難な機能性微小腺腫焼灼用ワイヤー型焼灼ディバイスとアルドステロン迅速アッセイ法の共同開発を目指す。

医学系研究科
高瀬　圭 教授 医学博士
TAKASE, Kei Professor
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〈バイオセンサ〉

ソフトでウェットな計測・発電デバイス

 
 
 
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特徴・独自性
モノづくり工学の次代ステージは、エネルギー効率や生命環境親和性に優れるバイオ材料（タンパク質や細胞）の機能活用である。我々は、脆弱なバイオ材料の機能を最大限に活用する技術体系の構築に取り組んでおり、「ハイドロゲルへの電気配線技術（画像①）」、「バイオ組織化の電気制御技術（画像②）」、「酵素電極シールの作製技術（画像③）」などを実現している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
上記技術は、「細胞アッセイシステム」、「DDSデバイス」、及び酵素発電で駆動する「健康医療機器」などに活用され、健康・医療・創薬・食品・化粧品業界に関係すると期待している。

工学研究科 バイオロボティクス専攻
西澤 松彦 教授 工学博士
NISHIZAWA, Matsuhiko Professor
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バイオ材料とナノテクノロジーに基づくセンサ・電子デバイスの開発

 
 
 
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特徴・独自性
エレクトロニクス分野で培われてきた技術を応用して、健康で安全な社会を発展させ、私たちの生活の質を高めるようなデバイスの開発研究を進めています。例えば、半導体のセンサインターフェイスとしての特性を、薬物検出やスクリーニングアッセイなどの生化学・医療用途に利用する研究や、生きた細胞を使って神経回路を作り上げ、脳の機能解析を支援する新規技術の開発を進めています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
シリコンチップ上に形成した人工細胞膜にイオンチャネルタンパク質を埋め込むと、極限まで規定された環境下でその機能や薬理応答を調べることができます。この技術は、新薬候補化合物の高感度な迅速検出法につながります。

材料科学高等研究所／電気通信研究所
平野 愛弓 教授 博士（理学）
HIRANO-IWATA, Ayumi Professor
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〈バイオチップ〉

ソフトでウェットな計測・発電デバイス

 
 
 
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特徴・独自性
モノづくり工学の次代ステージは、エネルギー効率や生命環境親和性に優れるバイオ材料（タンパク質や細胞）の機能活用である。我々は、脆弱なバイオ材料の機能を最大限に活用する技術体系の構築に取り組んでおり、「ハイドロゲルへの電気配線技術（画像①）」、「バイオ組織化の電気制御技術（画像②）」、「酵素電極シールの作製技術（画像③）」などを実現している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
上記技術は、「細胞アッセイシステム」、「DDSデバイス」、及び酵素発電で駆動する「健康医療機器」などに活用され、健康・医療・創薬・食品・化粧品業界に関係すると期待している。

工学研究科 バイオロボティクス専攻
西澤 松彦 教授 工学博士
NISHIZAWA, Matsuhiko Professor
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〈バイオディーゼル燃料〉

イオン交換樹脂を触媒とした高品質脂肪酸エステル連続製造技術

 
 
 
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特徴・独自性
軽油代替燃料バイオディーゼルとなる脂肪酸エステルを、従来法では利用できない非食用の低品質原料（食用油製造工場で排出する脂肪酸油や酸価の高いジャトロファ油）でも反応率100%で連続製造できるパイロットスケールの全自動装置を完成させた。固体の酸・アルカリ触媒としてイオン交換樹脂を用いることで、石鹸の副生をなくし、同時に副生物除去を達成することで、輸送用燃料の品質規格を満たす高品質品を低コストで生産できる。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
食用油製造工場で排出するアルカリ油滓やダーク油、脂肪酸油から脂肪酸エステル製造が可能。化学原料として脂肪酸エステル製造を実施する企業、天然油から有価物回収時にエステル化工程を用いる企業との連携が可能。

工学研究科
北川 尚美 教授 博士（工学）
SHIBASAKI-KITAKAWA, Naomi Professor
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〈バイオデバイス〉

バイオLSIの開発

 
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特徴・独自性
微細加工と局所表面での化学反応を利用し、生体物質を固定した新しい集積型バイオデバイスを作製するための基盤技術開発を展開しています。この度、生体材料の電気化学的応答を、１ピコアンペアレベルで迅速にしかも網羅的に解析できる超高感度多点電気化学バイオLSIを開発いたしました。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
バイオLSIを用いると、DNA、タンパク質、細胞の機能を網羅的に解析することが可能であり、次世代のバイオアレイへと展開できます。また、iPS細胞、ES細胞からの筋肉、心筋、神経細胞等への分化や、細胞の呼吸活性、遺伝子発現活性の解析にも使用できます。このバイオLSIは、先端融合イノベーション創出拠点事業で開発されたものであり、バイオLSIおよびその制御システムを貸し出します。興味のある方は下記にご連絡下さい。

sentan-bio01@mems.mech.tohoku.ac.jp

環境科学研究科
末永 智一 教授 薬学博士
MATSUE, Tomokazu Professor
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〈バイオ電池〉

ソフトでウェットな計測・発電デバイス

 
 
 
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特徴・独自性
モノづくり工学の次代ステージは、エネルギー効率や生命環境親和性に優れるバイオ材料（タンパク質や細胞）の機能活用である。我々は、脆弱なバイオ材料の機能を最大限に活用する技術体系の構築に取り組んでおり、「ハイドロゲルへの電気配線技術（画像①）」、「バイオ組織化の電気制御技術（画像②）」、「酵素電極シールの作製技術（画像③）」などを実現している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
上記技術は、「細胞アッセイシステム」、「DDSデバイス」、及び酵素発電で駆動する「健康医療機器」などに活用され、健康・医療・創薬・食品・化粧品業界に関係すると期待している。

工学研究科 バイオロボティクス専攻
西澤 松彦 教授 工学博士
NISHIZAWA, Matsuhiko Professor
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〈バイオテンプレート〉

超低損傷プロセスによる革新的グリーンナノデバイス開発

 
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特徴・独自性
全く新しい概念であるバイオテンプレート極限加工技術を開発し、あらゆる材料の表面で均一・サイズ制御・無欠陥・高密度で規則配置した量子ドットアレイを実現しました。この技術を応用し、従来にない高効率かつ安価な量子ドット太陽電池、高輝度量子ドットレーザーや超高速グラフェン・ゲルマニウムトランジスタなどの創エネルギー、畜エネルギー、省エネルギーデバイスの研究を行っています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
量子ドットを利用した太陽電池・レーザー等のナノデバイス、グラフェン・ゲルマニウムトランジスタなどの低消費電力デバイス、プラズマ・ビーム加工、薄膜堆積、ドーピング、表面改質プロセス等の基盤技術に関する共同研究が可能です。

流体科学研究所 附属未到エネルギー研究センター グリーンナノテクノロジー研究分野
寒川 誠二 教授 工学博士
SAMUKAWA, Seiji Professor
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