東北大学 研究シーズ集

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B

〈Beyond 5G〉

グローバルネットワークを支える光通信技術

　本研究室では、光時分割多重方式による1チャネルあたりTbit/s級の超高速光伝送、QAMと呼ばれるデジタルコヒーレント光伝送、ならびにそれらを融合した超高速・高効率光伝送技術の研究開発を進めています。また、デジタルコヒーレント伝送のアクセスネットワークおよびモバイルフロントホールへの展開と、光通信と無線通信とを同じ電磁波として融合する新領域の開発を目指しています。
　産学連携が可能な分野としては、超高速光伝送、コヒーレント光通信、光増幅器、新型光ファイバ、ファイバレーザ、光ファイバ計測等の技術分野があります。現在、NICT、AIST等の研究機関をはじめ、光ファイバ、光学材料、光部品、測定器等のメーカ、ならびに通信キャリア関係の企業と連携を行っています。最近では、Beyond 5Gを目指して、光無線融合型超高速アクセスネットワークの実現に関心を持っています。

電気通信研究所
廣岡 俊彦 教授 博士（工学）
HIROOKA, Toshihiko Professor
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〈Brain Health Science〉

脳機能および精神的健康感の維持向上法開発研究

　スマート・エイジング国際共同研究センター（通称SAIRC）は、国際的な研究拠点として、超高齢社会における新たな統合的加齢科学分野を切り開き、世界を先導するスマート・エイジング研究を通じて、持続可能型高度成熟社会の形成に寄与するため、文系・理系に拘らない架橋融合的研究、国際共同研究、産学連携研究などを展開します。
　脳機能イメージング及び実験心理学的手法を核としながら、心を豊かに穏やかに加齢するための方法論的研究を、脳を直接研究対象とした脳科学研究、認知機能向上法開発のための認知心理学研究、認知症予防、メンタルヘルスを対象とした医学的研究、こころや死生観までを対象とした哲学・心理学研究・倫理学研究などを融合して推進します。
　スマート・エイジング研究に関する共同研究を募集しますし、学術指導も積極的に行います。

加齢医学研究所　スマート・エイジング国際共同研究センター
川島 隆太 教授 医学博士
KAWASHIMA, Ryuta Professor
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b

〈biofilm〉

歯科用抗菌性チタン合金の可能性

 
 
 
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従来の歯科材料開発は生体適合性や機械的性質に重きが置かれてきたが、抗菌性も重要と考えられる。特に歯科インプラントのように生体内外にまたがって用いられる場合に、術後の予後を大きく向上できると思われる。本研究では、チタンの機械加工性と機械的性質の向上を目的として開発したTi-Ag合金について、歯科用抗菌性チタン合金の可能性を探った。その結果、Ti-Ag合金は、①表面へのバイオフィルムの付着を抑制することで、抗菌性を示した。②擬似体液中で表面に自然にリン酸カルシウムを形成し、骨伝導能良好と考えられた。③純チタンと同等の耐食性を示した。以上のことから、Ti-Ag合金は、生体にやさしく細菌付着に抵抗する新材料として歯科のみならず医学全般に大きく貢献すると期待される。本研究に関して興味のある企業や団体と共同研究を希望する。

歯学研究科
高橋 正敏 助教 博士（歯学）
TAKAHASHI, Masatoshi Assistant Professor
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〈biomaterial〉

歯科用抗菌性チタン合金の可能性

 
 
 
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従来の歯科材料開発は生体適合性や機械的性質に重きが置かれてきたが、抗菌性も重要と考えられる。特に歯科インプラントのように生体内外にまたがって用いられる場合に、術後の予後を大きく向上できると思われる。本研究では、チタンの機械加工性と機械的性質の向上を目的として開発したTi-Ag合金について、歯科用抗菌性チタン合金の可能性を探った。その結果、Ti-Ag合金は、①表面へのバイオフィルムの付着を抑制することで、抗菌性を示した。②擬似体液中で表面に自然にリン酸カルシウムを形成し、骨伝導能良好と考えられた。③純チタンと同等の耐食性を示した。以上のことから、Ti-Ag合金は、生体にやさしく細菌付着に抵抗する新材料として歯科のみならず医学全般に大きく貢献すると期待される。本研究に関して興味のある企業や団体と共同研究を希望する。

歯学研究科
高橋 正敏 助教 博士（歯学）
TAKAHASHI, Masatoshi Assistant Professor
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C

〈CAD/CAM〉

CAD/CAM応用に向けた歯列形態と咬合関係の高精度計測

 
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特徴・独自性
CAD/CAMによる歯科補綴装置の調製が実現されて久しいが、寸法精度は無調整で口腔に装着可能な程度に遠く及ばない。印象採得時の開口により顎骨や歯列が変形し、咬合関係に関するCADデータの精度が低下するためである。本技術は咬頭嵌合位のチェックバイト形状を用いて個々の歯冠形態を再配置し、咬合時の歯列形態や咬合状態を再現するもので、補綴装置が無調整で装着できる精度（0.04mm）を実現した。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
本法独自のチェックバイト法を現行の精密印象法もしくは光学印象法と併用するもので、種々の商用CADシステムに容易に応用可能である。高精度商用システム開発に向け、歯科関連企業との連携を希望する。

歯学研究科　口腔機能形態学講座　加齢歯科学分野
服部 佳功 教授 歯学博士
HATTORI, Yoshinori Professor
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〈CAE〉

次世代設計理論・多目的設計探査−設計空間の見える化−

 
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特徴・独自性
我々のグループでは「多目的設計探査（MODE）」と名付けて、多目的最適化によるトレードオフ情報の提示により、設計空間の構造を俯瞰的に「可視化」する新しい設計手法を研究している。設計図は形を「可視化」するものだが、本手法は機能の「可視化」を試みるものである。「可視化」＝「設計空間の見える化」により機能のトレードオフや設計変数の影響を見て取ることができるようになり、設計における意思決定に大いに役立つと期待される。優れた設計をするためには、CAE（Computer Aided Engineering）技術を利用した「見える化」の一層の活用が重要である。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
流体解析、構造解析などの特定分野でCAE技術の活用が可能。

流体科学研究所
大林　茂 教授
OBAYASHI, Shigeru Professor
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革新的鋳造技術の開発

 
 
 
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特徴・独自性
鋳造法は、溶融金属を型の中に充填し凝固させることで複雑形状を有する製品を製造する技術である。本研究室では「革新的鋳造技術」をキーワードに、引け巣や偏析といった鋳造欠陥に対する鋳造CAEを用いた予測技術や半凝固ダイカストによる精密部品の軽合金への置換に関する基礎研究等を行っている。産業界のニーズを取り込んだ研究手法に独自性があり、ソフトとハードの両面から鋳造技術の高度化に貢献することを目指している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
1.鋳造CAEシステム（Fig.1）
2.迅速簡便半凝固スラリー製造方法（Fig.2）
3.マクロ偏析予測技術（Fig.3）
4.粒子法による次世代鋳造CAE技術

これらの技術に関する共同研究を希望する。

工学研究科　金属フロンティア工学専攻
安斎 浩一 教授 工学博士
ANZAI, Koichi Professor
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〈Casting〉

革新的鋳造技術の開発

 
 
 
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特徴・独自性
鋳造法は、溶融金属を型の中に充填し凝固させることで複雑形状を有する製品を製造する技術である。本研究室では「革新的鋳造技術」をキーワードに、引け巣や偏析といった鋳造欠陥に対する鋳造CAEを用いた予測技術や半凝固ダイカストによる精密部品の軽合金への置換に関する基礎研究等を行っている。産業界のニーズを取り込んだ研究手法に独自性があり、ソフトとハードの両面から鋳造技術の高度化に貢献することを目指している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
1.鋳造CAEシステム（Fig.1）
2.迅速簡便半凝固スラリー製造方法（Fig.2）
3.マクロ偏析予測技術（Fig.3）
4.粒子法による次世代鋳造CAE技術

これらの技術に関する共同研究を希望する。

工学研究科　金属フロンティア工学専攻
安斎 浩一 教授 工学博士
ANZAI, Koichi Professor
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〈Cell-penetrating peptides〉

ナノイメージングによる膜透過性ペプチド細胞内透過機序の解明

 
 
 
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様々な生体蛋白質から細胞膜を通過し細胞内に移行する膜透過性ペプチド(CPP)が見つかっている。CPP活用で蛋白質を細胞内に導入し機能させる技術の開発が試みられてきたが、導入効率の改善が課題となっている。CPPには直接的な観察方法がなく、その侵入の仕組みは長い間謎に包まれてきた。
我々は世界ではじめてCPP１分子の膜上での動態を7ナノメートルの精度で直接・高速に可視化・定量化する方法を開発した。その結果CPP侵入には細胞表面の受容体（CPP-receptor）に結合し、架橋し、細胞内取り込み機序を活性化させることが不可欠であり、CPP価数調整のみで結合速度を100倍に高め、導入効率も120倍に高められる事を示した。同時に、様々なCPPに共通するCPP-receptor遺伝子の単離・同定にも成功した。さらに、この技術を用いて改良したCPP利用により、直径40nmの鉄粒子を細胞内小器官に直接導入することにも成功した。
我々が開発した技術で高効率CPPの開発は飛躍的に改善されると考えられ、ガンや再生医学、皮膚老化防止薬の開発への応用が期待される。この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望している。

医学系研究科　感染病態学講座
鈴木 康弘 講師 医学博士
Suzuki, Yasuhiro Lecturer
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〈Co alloy〉

析出強化型Co基超耐熱合金

 
 
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これまで、Co基合金は高温材料として利用できる金属間化合物γ’相が存在しないため、高温強度がNi基合金に比べて低い問題がありました。我々は、新しい金属間化合物相Co3(Al,W) γ’相を発見し、γ/γ’型Co-Al-W基鋳造及び鍛造合金で優れた高温強度が得られています。1100℃以上の超高温用としてはIr-Al-W合金があります。また、Co基合金は耐摩耗性に優れる特徴を有しています。例えば、摩擦攪拌接合(FSW)ツールとして優れた特性を示し、従来、FSWが困難であった鉄鋼材料やチタン合金などの接合に対しても高いパフォーマンスを確認しています。各種、高温部材、耐摩耗部材、FSWへの適用に向けた共同研究を希望します。

工学研究科　金属フロンティア工学専攻
大森 俊洋 准教授 工学博士
OMORI, Toshihiro Associate Professor
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〈CO2フリー〉

超臨界法で合成された金属酸化物ナノ粒子を用いた炭化水素の低温改質反応

 
 
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特徴・独自性
超臨界水を反応場とする有機修飾ナノ粒子の合成技術を利用することで、サイズ、結晶面が制御された、様々な金属酸化物ナノ粒子の合成に成功している。低温域での酸素貯蔵/放出能力が非常に高く、有意な速度で酸化的炭化水素の改質反応が進行する。

産学連携の可能性 (想定される用途・業界)
バイオマス廃棄物・重質油やメタンの低温改質反応。将来的には廃棄物・プラスチックのCO2フリー完全リサイクルをはじめとした低炭素社会構築につながる技術として期待される。

材料科学高等研究所
阿尻 雅文 教授 工学博士
ADSCHIRI, Tadafumi Professor
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〈Coating〉

コーティング及び界面修飾に関する分子動力学アプローチ

固・液の親和性や濡れ、熱抵抗、分子吸着等のメカニズムを解明し、コーティングや表面修飾などの技術によりこれを制御するための基礎研究を、分子動力学シミュレーションを主な手法として進めている。熱・物質輸送や界面エネルギー等の理論をバックグラウンドとして、フォトレジストのスピンコーティングからSAM（自己組織化単分子膜）や各種官能基による親水性・疎水性処理まで様々なスケールの膜流動・界面現象を対象としている。また、主に液体を対象として、その熱流体物性値を決定する分子スケールメカニズムや、所望の熱流体物性値を実現するための分子構造に関する研究を行っている。これらの研究に関して興味のある企業との共同研究や学術指導を行う用意がある。

流体科学研究所
小原 拓 教授 工学博士
OHARA, Taku Professor
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〈Cognitive Intervention〉

脳機能および精神的健康感の維持向上法開発研究

　スマート・エイジング国際共同研究センター（通称SAIRC）は、国際的な研究拠点として、超高齢社会における新たな統合的加齢科学分野を切り開き、世界を先導するスマート・エイジング研究を通じて、持続可能型高度成熟社会の形成に寄与するため、文系・理系に拘らない架橋融合的研究、国際共同研究、産学連携研究などを展開します。
　脳機能イメージング及び実験心理学的手法を核としながら、心を豊かに穏やかに加齢するための方法論的研究を、脳を直接研究対象とした脳科学研究、認知機能向上法開発のための認知心理学研究、認知症予防、メンタルヘルスを対象とした医学的研究、こころや死生観までを対象とした哲学・心理学研究・倫理学研究などを融合して推進します。
　スマート・エイジング研究に関する共同研究を募集しますし、学術指導も積極的に行います。

加齢医学研究所　スマート・エイジング国際共同研究センター
川島 隆太 教授 医学博士
KAWASHIMA, Ryuta Professor
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〈CPP〉

ナノイメージングによる膜透過性ペプチド細胞内透過機序の解明

 
 
 
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様々な生体蛋白質から細胞膜を通過し細胞内に移行する膜透過性ペプチド(CPP)が見つかっている。CPP活用で蛋白質を細胞内に導入し機能させる技術の開発が試みられてきたが、導入効率の改善が課題となっている。CPPには直接的な観察方法がなく、その侵入の仕組みは長い間謎に包まれてきた。
我々は世界ではじめてCPP１分子の膜上での動態を7ナノメートルの精度で直接・高速に可視化・定量化する方法を開発した。その結果CPP侵入には細胞表面の受容体（CPP-receptor）に結合し、架橋し、細胞内取り込み機序を活性化させることが不可欠であり、CPP価数調整のみで結合速度を100倍に高め、導入効率も120倍に高められる事を示した。同時に、様々なCPPに共通するCPP-receptor遺伝子の単離・同定にも成功した。さらに、この技術を用いて改良したCPP利用により、直径40nmの鉄粒子を細胞内小器官に直接導入することにも成功した。
我々が開発した技術で高効率CPPの開発は飛躍的に改善されると考えられ、ガンや再生医学、皮膚老化防止薬の開発への応用が期待される。この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望している。

医学系研究科　感染病態学講座
鈴木 康弘 講師 医学博士
Suzuki, Yasuhiro Lecturer
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〈CPP-receptor〉

ナノイメージングによる膜透過性ペプチド細胞内透過機序の解明

 
 
 
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様々な生体蛋白質から細胞膜を通過し細胞内に移行する膜透過性ペプチド(CPP)が見つかっている。CPP活用で蛋白質を細胞内に導入し機能させる技術の開発が試みられてきたが、導入効率の改善が課題となっている。CPPには直接的な観察方法がなく、その侵入の仕組みは長い間謎に包まれてきた。
我々は世界ではじめてCPP１分子の膜上での動態を7ナノメートルの精度で直接・高速に可視化・定量化する方法を開発した。その結果CPP侵入には細胞表面の受容体（CPP-receptor）に結合し、架橋し、細胞内取り込み機序を活性化させることが不可欠であり、CPP価数調整のみで結合速度を100倍に高め、導入効率も120倍に高められる事を示した。同時に、様々なCPPに共通するCPP-receptor遺伝子の単離・同定にも成功した。さらに、この技術を用いて改良したCPP利用により、直径40nmの鉄粒子を細胞内小器官に直接導入することにも成功した。
我々が開発した技術で高効率CPPの開発は飛躍的に改善されると考えられ、ガンや再生医学、皮膚老化防止薬の開発への応用が期待される。この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望している。

医学系研究科　感染病態学講座
鈴木 康弘 講師 医学博士
Suzuki, Yasuhiro Lecturer
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c

〈cerebral infarction〉

新規脳梗塞急性期治療薬（TMS-007）の開発

現在、脳梗塞に対し唯一承認を受けている血栓溶解剤はalteplaseであるが、出血性梗塞の副作用などから、適応は厳密に制限され脳梗塞全体の5%程度にとどまっている。
TMS-007は新しいプラスミノーゲンモジュレーター活性を有する低分子化合物で、血栓溶解作用のみならず、脳保護作用を併せ持つ。サルを含む複数種の脳梗塞動物モデルにおいてalteplaseに勝る有効性が検証されている。我々は、TMS-007の開発を進めている㈱ティムスならびに東京農工大学と共同で開発を行い、早期に臨床試験段階まで育て上げ、製薬企業にライセンスを行うことを目的とする。

医学系研究科
冨永 悌二 教授 医学博士
TOMINAGA, Teiji Professor
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〈crystal growth〉

外場印加により固液界面のエネルギー状態を制御した新しい結晶成長

 
 
 
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我々は、結晶成長過程における界面現象と育成された結晶の特性の関係を明らかにするといった立場から、主として融液からのバルク結晶の成長に取り組んでいます。特に、界面に電場を印加することにより結晶と融液の間に電気二重層という極薄領域を形成しナノメータスケールで結晶育成を制御しています。電場印加による具体的な結晶作製研究例として、
1. 融液と結晶のエネルギー関係を制御し、従来育成が不可能とされていた高温圧電センサー用ランガサイト型結晶の開発。
2. 結晶化が困難なタンパク質の核形成を電場印加により容易に実現。
3. シリコン結晶成長において界面の不安定性を制御し、理想的な構造を持つシリコン結晶の開発。
このように21世紀高度情報化社会に必要な、光学、圧電、磁性等の分野で有用な新結晶や、あるいは、従来育成が困難とされていた結晶の創製の分野で有意義な共同研究ができるものと考えます。

金属材料研究所
宇田 聡 教授 Ph.D.
UDA, Satoshi Professor
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生体組織内のタンパク質等多成分拡散現象に関する研究

 
 
 
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物質拡散係数の高精度測定は，諸々の熱物性値測定の中でも極めて困難であり，特にタンパク質においては物質自体が稀有であること，および分子数が大きいため拡散現象が非常に遅いことなど，多くの点から困難とされてきた．これに対し，当研究分野では最新画像処理技術を用いることにより，少量のタンパク質試料で微小非定常拡散領域を高精度に測定する方法を開発した．既存の光学系に位相シフト技術を組み込むことで，解像度がλ/100程度の精度を実現し，拡散場内のわずかな濃度変化も検知できるシステムを測定系を構築した．生体組織内に代表されるような極限環境下では複数の物質が同時に物質移動する多成分系拡散現象がおきている．本測定法では同時に複数の物質の拡散係数を測定できる特徴を有しており，この測定法を用いることで多成分拡散現象を定量的に評価できる．この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を強く希望する．

流体科学研究所　極限流研究部門極限熱現象研究分野
小宮 敦樹 准教授 工学博士
KOMIYA, Atsuki Associate Professor
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D

〈DDS〉

金属ナノ粒子を用いた抗原虫薬の開発　アミノ酸被膜による効果の増強

 
 
 
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特徴・独自性
金属ナノ粒子は、一般的な大きさの金属個体とは異なる物理的、化学的特性を持つ。これらの特性は金属ナノ粒子の比表面積が極めて大きいことに起因する。また、その量子サイズによって特有の物性を示す。さらに、金属ナノ粒子は微生物を殺滅する活性酸素種を産生する能力があり、膜透過性も持つ。
我々は、アミノ酸被膜金属ナノ粒子がトキソプラズマの増殖を抑制することを報告している。
産学連携の可能性
マラリアを始め、人類の脅威となっている原虫感染症の予防、治療、診断について、金属ナノ粒子を使った新しいツールを提供できる可能性がある。ナノテクノロジー分野、動物医療を含めた医薬品分野等において活用の可能性がある。

農学研究科
加藤 健太郎 教授 博士（獣医学）
KATO, Kentaro Professor
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d

〈dental alloy〉

歯科用抗菌性チタン合金の可能性

 
 
 
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従来の歯科材料開発は生体適合性や機械的性質に重きが置かれてきたが、抗菌性も重要と考えられる。特に歯科インプラントのように生体内外にまたがって用いられる場合に、術後の予後を大きく向上できると思われる。本研究では、チタンの機械加工性と機械的性質の向上を目的として開発したTi-Ag合金について、歯科用抗菌性チタン合金の可能性を探った。その結果、Ti-Ag合金は、①表面へのバイオフィルムの付着を抑制することで、抗菌性を示した。②擬似体液中で表面に自然にリン酸カルシウムを形成し、骨伝導能良好と考えられた。③純チタンと同等の耐食性を示した。以上のことから、Ti-Ag合金は、生体にやさしく細菌付着に抵抗する新材料として歯科のみならず医学全般に大きく貢献すると期待される。本研究に関して興味のある企業や団体と共同研究を希望する。

歯学研究科
高橋 正敏 助教 博士（歯学）
TAKAHASHI, Masatoshi Assistant Professor
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