東北大学 研究シーズ集

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M

MRIモニタリング

画像誘導下局所脳内薬剤輸送システムの開発

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特徴・独自性
対流強化輸送法は脳内に留置した細径のカテーテル先端から血液脳関門を回避して任意の部位に薬剤を拡散させる局所投薬技術である。本研究組織は、MRIモニタリング下に薬剤投与を行う技術を世界に先駆けて開発し、世界で初めて臨床例において脳幹病変への局所投与に成功した。悪性脳腫瘍で臨床試験を行っており、将来的には中枢神経系で責任病巣が明らかな疾患全般に対して、新たなソリューションを提供することが期待される。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
中枢神経系で責任病巣が明らかな疾患全般が対象。薬剤デリバリーのための構成要素(微量ポンプ、ニードル、細径チューブ)、中枢神経系治療薬となり得る薬剤開発、薬剤動態・分布の理論解析に関する技術を持つ企業。

医学系研究科
冨永 悌二 教授 医学博士
TOMINAGA, Teiji Professor

MSBS

次世代環境適合技術流体実験共用促進事業 次世代流動実験研究センター 低乱熱伝達風洞

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低乱熱伝達風洞
低乱熱伝達風洞は、台風並みの最大風速80m/sを有し、気流乱れ0.02%以下と極めて低い世界トップレベルの風洞です。本風洞は、文部科学省による「先端研究施設共用促進事業」に採択され産業界へ施設の共用を進めて参りました。平成28年度より、事業を発展させ「風と流れのプラットフォーム」として、基礎研究からイノベーション創出に至るまでの科学技術活動全般に貢献して行きます。

磁力支持天秤装置
世界トップレベルの風洞に模型を支柱で支持することなく磁場を用いて空中に保持できる世界最大サイズの「磁力支持天秤装置」を導入いたしました。本装置を用いることで支柱による干渉を受けることなく正味の空気力を測定することが可能となります。本装置も風洞と同様に産業界へ施設共用しており、一般利用可能な世界唯一の装置です。

風と流れのプラットフォーム
航空機が巡航しているような相対的に乱れのない流れや地上でのビルに当たる風など、風や流れの性質には様々な様相があります。このため風を作る装置として「風洞」と一言で言っても用途に応じて様々な風洞が存在します。また、風洞では全ての情報を得ることは難しいため今日では、スーパーコンピュータの支援を伴うことが一般的となってきました。
これらのことから、「風と流れのプラットフォーム」としてスーパーコンピュータ、風洞群をセットで共用に供し、分野を問わず、風と流れに関する様々なユーザニーズに対応した高度利用支援を行い、流体力学に立脚する科学技術イノベーションを協力に促進することを目指しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
本風洞は、共同研究に限らずどなたでもご利用できます。また、リエゾン室を設置することにより利用相談、試験の支援をはじめ、風洞利用経験のない利用者へのサポートも行っています。

流体科学研究所
永井 大樹 教授 工学博士
NAGAI, Hiroki Professor

Multicomponent diffusion

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

Music information processing

音声・音楽をターゲットとした信号処理・情報処理

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 音を中心としたさまざまな情報処理の研究を行っています。音声認識関連では、これまでに、音声認識の高精度化、音声によるロボットとの対話システムなどの研究を行ってきました。特に対話システムでは、手軽に作成できて柔軟な対話システムの開発、画像も併用したマルチモーダル対話システムなどを研究しています。また、これを応用し、外国語のスピーキング教育のための学習支援システムの技術を開発してきています。音声以外の一般音認識として、環境内での異常音の検出の研究を行っています。音声・音楽の符号化関連の研究としては、電話音声やMP3符号化音声への情報埋め込みの研究、またこれらの音信号をインターネットでストリーミング配信する時のパケットロス耐性を向上させる研究、補助情報を用いて音楽信号の操作を行う研究などを行ってきています。音楽情報処理の研究としては、ハミング音声を使った音楽情報検索の研究や、カラオケをターゲットとした歌声の自動評価の研究などを行っています。
 これらに限らず、信号時系列(音信号、センサーデータなど)や記号系列(自然言語、シンボル系列)のモデル化、認識、圧縮、データマイニングなどの技術を持っています。
 これらの技術を必要とする企業に対して、技術指導および共同研究を行う用意があります。

工学研究科
伊藤 彰則 教授 工学博士
ITO, Akinori Professor

m

multi-antibiotic resistance

病原因子を標的とした新規抗菌剤の開発を目指したスクリーニング系の開発

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ペニシリンの発見以来、各種抗菌剤が発見され重篤な細菌感染症は制御しうる病となった。しかし近年、多剤耐性能を有する各種病原細菌が出現し大きな社会問題となっている。これら細菌感染症の脅威に対抗するためには、新規抗菌剤の継続的な研究開発が必須であり社会的にも強く求められている。既存の抗菌剤の多くは細菌の生存に必須の代謝過程をターゲットとしており新規抗菌剤が登場しても耐性菌は必ず出現するためこの耐性菌問題を避けて通ることはできない。一方、病原細菌が宿主に感染する際に必要な病原因子は細菌の生存に必ずしも必要ではないため、その阻害剤に対する耐性菌の出現頻度は低いと考えられ新規抗菌剤のターゲットとして関心が集まっている。我々はこのような病原因子のなかで新規なタンパク質分泌系であるTat系と鉄代謝系に注目し、それらを標的とする新しいスクリーニング系を開発し、これらの病原因子に対する阻害剤の探索を試みている。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する。

農学研究科
米山 裕 准教授 医学博士
YONEYAMA, Hiroshi Associate Professor

N

N-acetylneuraminic acid

遠位型ミオパチーに対する治療法の開発

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縁取り空胞を伴う遠位型ミオパチー(DMRV)は、体幹から離れた部位の筋肉から萎縮していく極めて稀な疾患である。本疾患患者ではGNEという酵素の遺伝子に変異がありN-アセチルノイラミン酸の合成が十分にできない。国立精神・神経医療研究センター疾病研究第一部において、DMRVのモデルマウスを作製し、発症前からN-アセチルノイラミン酸を投与し、運動能力や筋病理像などが正常マウスと同程度に推移することを明らかにした。N-アセチルノイラミン酸を摂取することにより、DMRV患者において病態の改善又は進行抑制が期待できると考えている。
N-アセチルノイラミン酸は、生理的に存在する物質であり、生体内でも合成され、食物としても摂取されている(図)。またN-アセチルノイラミン酸は過去に去痰剤として開発しようされ非臨床試験成績や少ない投与量ではあるが臨床試験成績が公表されている。これらの情報を参考資料とした上で、毒性試験を実施し、現在、第Ⅰ相臨床試験を実施中である。本研究に関して興味のある企業への学術指導をすることが可能である。

医学系研究科 神経内科学分野
青木 正志 教授 医学博士
AOKI, Masashi Professor

N-アセチルノイラミン酸

遠位型ミオパチーに対する治療法の開発

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縁取り空胞を伴う遠位型ミオパチー(DMRV)は、体幹から離れた部位の筋肉から萎縮していく極めて稀な疾患である。本疾患患者ではGNEという酵素の遺伝子に変異がありN-アセチルノイラミン酸の合成が十分にできない。国立精神・神経医療研究センター疾病研究第一部において、DMRVのモデルマウスを作製し、発症前からN-アセチルノイラミン酸を投与し、運動能力や筋病理像などが正常マウスと同程度に推移することを明らかにした。N-アセチルノイラミン酸を摂取することにより、DMRV患者において病態の改善又は進行抑制が期待できると考えている。
N-アセチルノイラミン酸は、生理的に存在する物質であり、生体内でも合成され、食物としても摂取されている(図)。またN-アセチルノイラミン酸は過去に去痰剤として開発しようされ非臨床試験成績や少ない投与量ではあるが臨床試験成績が公表されている。これらの情報を参考資料とした上で、毒性試験を実施し、現在、第Ⅰ相臨床試験を実施中である。本研究に関して興味のある企業への学術指導をすることが可能である。

医学系研究科 神経内科学分野
青木 正志 教授 医学博士
AOKI, Masashi Professor

Nano/Micro Particle

ナノ・マイクロ粒子の静電輸送による微粒子超音速流動加工の高性能化

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 ナノ・マイクロ粒子超音速流動加工は,微粒子を非熱の高速ジェット中に注入し,粒子を基板に高速衝突させることにより基板上に皮膜を形成する省エネルギー型成膜法である。本研究では,微粒子動態を考慮した超音速流動モデルおよび皮膜形成モデルを統合した新たなモデルを提案した。また,最先端歯科医療等への本成膜法の革新的応用を想定し,実機を対象として実時間数値計算と実験の統合解析を行い,本プロセスの高性能化を行った。さらに,静電気力を用いた帯電ナノ粒子の加速制御により,微小空間において衝撃波や複雑干渉を伴う極限環境下でのナノ粒子高速輸送を可能にし,成膜効率が向上することを数値計算により示した。
 なお,本研究は,2008年度日本機械学会奨励賞(研究)を受賞した。本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する。

流体科学研究所
高奈 秀匡 准教授 工学博士
TAKANA, Hidemasa Associate Professor

Nanotechnology

リチウム電池や太陽電池などのエネルギーデバイスプロセッシング

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 本間研究室では21世紀の科学技術が取り組む最重要課題である地球持続技術・低炭素化社会構築の為にナノテクノロジーを利用した再生可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行う。新デバイス・新材料開発を中心に、太陽電池、燃料電池、二次電池等の革新的エネルギー技術を世に発信し地球温暖化対策のイノベーションを起こすことを目的としている。
 革新的エネルギー変換デバイスを実現するために、単原子層電極であるグラフェン、金属酸化物ナノシート、ナノ結晶活物質、イオン液体、表面ナノ薄膜などの革新的ナノテクノロジーの基礎研究から高容量・高出力型リチウム二次電池、全固体型リチウム二次電池、金属空気電池、大容量キャパシタ、太陽電池などの高性能電極材料・デバイス創製の精密化学プロセスを研究する。これらの革新的エネルギーデバイスを要素技術としてスマートグリッド、電気自動車や再生可能エネルギーの基盤強化に貢献するとともに産業界との共同研究を積極的に推進する。

多元物質科学研究所
本間 格 教授 工学博士
HONMA, Itaru Professor

NIRS

脳機能イメージング技術のインタフェース評価への応用

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特徴・独自性
使いやすい製品やインタフェースを作るためにはユーザである人間を含めた評価が重要であるが、人間の多様性、そして優れた適応性のためにシステム側の評価を独立して行うことは困難である。本研究では、最先端の脳機能イメージング技術を利用することによりインタフェースの評価を行う研究を行っている。MRIやNIRS等の最先端の計測装置を利用して脳活動を計測することにより、インタフェースに対峙している人間の認知活動を直接観察することができる。それにより間接的な指標では推定の難しい認知的な負荷を直接評価することが可能となる。特に川島研究室と共同で開発した超小型NRIS装置は、20名までの脳活動をリアルタイムで同時に計測できる世界で唯一の装置であり、この装置を利用して複数人の脳活動に基づく共感の計測の可能性を検討している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
これまで主観的な評価に頼ってきたユーザビリティ評価に代わって客観的な評価を行う可能性を有しており、人間を対象にした評価を必要とする企業に対して学術指導を行う用意がある。

工学研究科 量子エネルギー工学専攻
高橋 信 教授 工学博士
TAKAHASHI, Makoto Professor

NMR

半導体量子構造の伝導特性制御と超高感度NMR

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特徴・独自性
GaAsやInSbの量子構造の伝導特性を制御し、核スピンの偏極状態を操作することで、二次元構造やナノ構造に適用できる超高感度NMR技術を確立した。さらに、InSb量子構造においてアルミナ絶縁膜を用い、理想的なゲート操作を実現した。また、核スピンが感じる雑音特性を周波数依存性も含め測定する一般化された横緩和時間の考え方を提案、実証した。この概念は核スピンを用いるすべての計測に大きな変化をもたらすことが期待される。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
良好なゲート制御を用いた次世代InSbデバイス。一般化された横緩和時間を利用した様々な核スピン計測、核磁気共鳴。高感度NMRは物性研究への応用が中心であるが、量子情報処理への貢献も見込まれる。

理学研究科
平山 祥郎 教授 工学博士
HIRAYAMA, Yoshiro Professor

リチウムイオン電池・燃料電池のイオン物性計測

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特徴・独自性
固体中のイオンの動きに関する基礎的な研究の知識と技術を活かし、リチウムイオン電池や燃料電池、さらには次世代革新電池の開発に必要な材料評価・特性評価・劣化評価などの研究を進めています。また、安全で長寿命な夢の電池である全固体リチウム電池の試作と評価も行っています。
主な研究内容
1.全固体薄膜リチウム電池の研究
2.MRIによるリチウム電池・燃料電池内部の可視化技術開発
3.リチウムイオン電池の劣化診断技術の開発

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
リチウムイオン電池や燃料電池およびその材料の研究開発や劣化診断・安全性評価などの技術相談や共同研究を行っています。全固体薄膜電池の技術を応用したマイクロ電池開発にも協力いたします。

多元物質科学研究所
河村 純一 教授 理学博士
KAWAMURA, Junichi Professor

NoC

電流モード多値技術に基づく高速・低電力非同期データ転送方式に関する研究

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特徴・独自性
局所的に逐次動作をするその特性から高速・低消費電力・高環境適応・低ノイズなど様々なメリットがある、従来のクロックを使用しない非同期式制御によるVLSIシステムを提案しています。要求応答に基づくハンドシェーク通信のオーバヘッドを、多値符号化により配線数削減および通信プロトコルの根本的改善を行い、さらに電流信号表現による高駆動転送によるチップ内・チップ間ネットワークの高速化を実現しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
本成果は、高速・低電力な大規模VLSIシステムの実現において有用であり、これに関連するメニーコア、マルチモジュールNoC分野において有意義な共同研究ができるものと考える。


電気通信研究所
羽生 貴弘 教授 工学博士
HANYU, Takahiro Professor

NPO

非営利組織(NPO)とソーシャル・キャピタル

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 地域や社会課題の解決や新たな社会的価値の創造を目指して活動しているNPO。NPOには、政府や市場の失敗を補完する役割だけではなく、市民性の創造や、信頼や規範、ネットワークといったソーシャル・キャピタル(社会関係資本)を地域に創出する役割もある。目に見えないソフトな資本であるソーシャル・キャピタルは、持続可能な組織経営にとっても重要性を増してきている。
 本研究では、地域や組織におけるソーシャル・キャピタルを測定し、その実態を把握し、NPOとの協働や人材育成という視点もふまえて、どのようにソーシャル・キャピタルを創出し活用するかについて、関心のある企業や団体と共同研究を行うことを希望する。

経済学研究科
西出 優子 教授 国際公共政策博士
NISHIDE, Yuko Professor

n

nanomagnet

単一ナノ磁性体の物性の解明と先端磁気メモリーデバイスへの展開

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磁気ディスクをはじめとする磁気メモリは,不揮発,高密度,低コスト,高速などの特長を有し,急速に情報化が進む現代社会において益々その重要性を増しています.現在,それらのデバイスを構成する磁性体のサイズは10 nm程度に微細化され,表界面効果,量子効果,熱揺らぎなどナノサイズ特有の様々な現象が顕在化しつつあります.例えば,具体的な問題として,どのような原子配列がナノサイズ領域において安定なのか,サイズ効果によりバルクとは異なる物性が現れるのか,さらには外場や熱に対して静的・動的にどのように振舞うのか,等々があります.これら基本的な問題を解決することは,基礎的興味だけでなく将来のデバイス開発を進めていく上で非常に重要です.そうした背景を踏まえ,私達の研究グループでは,ナノサイズ粒子の結晶相安定性,単一ナノ粒子の物性・スピンダイナミクス,微細加工技術の改善,新規な高密度メモリー技術の提案,という研究課題に取り組んでいます.

多元物質科学研究所
北上 修 教授 工学博士
KITAKAMI, Osamu Professor

o

obesity

代謝解析装置の開発

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 生体の代謝状態を的確かつ簡便に測定することができるように構成した生体の代謝状態を解析する装置及録媒体に関する発明であり、任意の時点と異なる2時点間での脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量を換算するソフトウエアを備える点に特徴を有する(特許第3848818)。
 前記健康管理に有益な指針情報として、身体インピーダンスの計測値に基づく任意の1時点における代謝状態を表す指標と、異なる2時点における代謝状態を表す指標(脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量)を算出できる点に特徴を有する。本算出法は既存の体脂肪計に備えられている基礎代謝量の推定換算方法とは全く別の算出式を使用し、より高精度である。本装置の解析ソフトは、インピーダンス値や除脂肪量を算出する装置に追加して備えることも可能である。
 本発明(特許)を活用して事業化を企てる企業または出資者・開発支援者を求めている。

医工学研究科
野々垣 勝則 教授 医学博士
NONOGAKI, Katsunori Professor

oligonucleotide

核酸医薬への展開を目指した架橋反応性人工核酸の開発

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核酸医薬は標的に対して相補的な塩基配列を持つ人工的に化学合成された核酸分子である。核酸医薬による遺伝子発現制御方法は、アンチセンス法、siRNA法、デコイ法などが知られており、21世紀の新しい創薬として注目を集めている。最近、蛋白を発現しないnon coding RNAが遺伝子発現制御に重要な働きをもつことがわかってきており、核酸医薬の新たな標的として注目されている。我々は次世代の核酸医薬の開発を目指し、遺伝子に対して高い効率で反応する新規架橋反応性人工核酸を開発した。
遺伝子に対する選択的な化学反応は、核酸医薬を用いた遺伝子発現制御方法を効率化するのみならず、従来にはない、遺伝子改変技術として展開できる可能性を有することから、その有用性は非常に高いと考えられる。さらに本技術では共有結合した2本鎖DNAを容易に調整できることから、有用なDNA材料の創製も可能であり、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する。

多元物質科学研究所
永次 史 教授 薬学博士
NAGATSUGI, Fumi Professor

organic materials

分子性有機物質の新電子物性開拓

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有機分子の集積によって構成されている分子性伝導体を中心に研究を進めています。分子で構成されている有機物質の特徴は“やわらかい”ことです。この特長から、近年、有機ELデバイスなどの軽量で“曲がる”エレクトロニクス材料として注目されています。当研究室では、このような分子性有機物質の基礎的物性(金属-超伝導-絶縁体)の解明、新物性の開拓を目指しています。
分子性有機物質は、無機物質と比べて“やわらかく”大きく広がった分子軌道や電荷の分布、また分子自身の持つ構造自由度などのために、電荷-スピン-分子格子-分子内結合の間にゆるやかで大きな自由度を有しています。このナノ分子サイズの“やわらかい”複合的自由度と強く関係している超伝導から絶縁体までの多彩な電子状態がバルクな物性として現れます。このような分子性物質の特長をフルに活かして、電子物性物理の重要で興味ある問題にチャレンジしています。 このような研究に興味のある企業への学術指導を行なう用意があります。

金属材料研究所 低温電子物性学研究部門
佐々木 孝彦 教授 工学博士
SASAKI, Takahiko Professor

oxide

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

oxygen consumption

代謝解析装置の開発

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 生体の代謝状態を的確かつ簡便に測定することができるように構成した生体の代謝状態を解析する装置及録媒体に関する発明であり、任意の時点と異なる2時点間での脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量を換算するソフトウエアを備える点に特徴を有する(特許第3848818)。
 前記健康管理に有益な指針情報として、身体インピーダンスの計測値に基づく任意の1時点における代謝状態を表す指標と、異なる2時点における代謝状態を表す指標(脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量)を算出できる点に特徴を有する。本算出法は既存の体脂肪計に備えられている基礎代謝量の推定換算方法とは全く別の算出式を使用し、より高精度である。本装置の解析ソフトは、インピーダンス値や除脂肪量を算出する装置に追加して備えることも可能である。
 本発明(特許)を活用して事業化を企てる企業または出資者・開発支援者を求めている。

医工学研究科
野々垣 勝則 教授 医学博士
NONOGAKI, Katsunori Professor