東北大学　研究シーズ集

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さ 行
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す

〈水素脆化〉

高強度鋼の水素脆化

 
 
 
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特徴・独自性
  • 高強度鋼の水素脆化特性について、水素が高強度鋼の機械的特性に及ぼす影響と腐食反応による環境からの水素侵入の両面から研究に取り組んでいます。主な研究内容は、各種高強度鋼の水素脆化による破壊の機構解明や、電気化学的手法を用いた種々の環境における腐食に伴う水素の侵入挙動の検討、鋼中の水素可視化手法、水素脆化特性評価法の提案などです。
実用化イメージ

高強度鋼材料の水素脆化特性とそれに及ぼす金属組織や水素トラップ物質の影響や、材料の特性や形状に応じた水素脆化評価法の提案、新規な水素可視化手法の開発など水素脆化分野での共同研究。

研究者

金属材料研究所 材料設計研究部 耐環境材料学研究部門

秋山 英二  

Eiji Akiyama

現場で、目視で、金属材料への水素侵入をリアルタイム検出

 
 
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概要

金属材料に水素が侵入すると、材料の機械的特性が低下し脆性破壊することがある。（水素脆化）水素脆化の発生を事前に予測するためには、材料への水素侵入を検出する必要がある。本技術では、対象となる金属材料に「水素と反応して色が変わる高分子センサー」を成膜することで、材料に侵入した水素を目視で発見できる。高分子センサーは安価かつ容易に成膜可能なため、大型で形状が複雑なインフラ設備にも適用できると期待される。

従来技術との比較

従来、金属中の水素検出には大型で高価な装置を必要としていたため、現場における水素検出は困難であった。本技術の水素センサーは水素を視認可能にするため、既存設備に成膜するだけで水素の侵入を発見できる。

特徴・独自性
  • ・金属材料に侵入した水素をリアルタイムで可視化できる。
  • ・金属の腐食に伴い侵入した微量の水素でも検出できる。
  • ・安価かつ容易に成膜可能なセンサーを使用するため、既存の大型設備にも適用できる。
  • ・材料に侵入した水素を発見することで、水素脆化の防止と材料の長寿命化が期待される。
実用化イメージ

本技術によって、大型のインフラ材料に侵入した水素を容易に検出できる。既存設備でも、材料表面に水素センサーを成膜すれば材料に侵入した水素を目視で発見できるため、メンテナンスコストの削減が期待できる。

研究者

金属材料研究所 材料設計研究部 耐環境材料学研究部門

柿沼 洋  

Hiroshi Kakinuma

〈水素製造〉

固体イオニクス材料のエネルギー変換・貯蔵・利用技術への応用

 
 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 固体イオニクスを中心として高度なエネルギー変換を実現するための機能性材料の開発を行っている。燃料電池や蓄電池の高性能化のためには、高いイオン伝導度と化学的安定性を有するイオン導電体や混合導電体が必要とされ、これら材料を酸化物の欠陥化学や熱力学に基づき探索し、デバイスに応用している。これまでに酸素分離膜型水素製造システムや全固体リチウム電池を開発している。
実用化イメージ

酸化物イオン・電子混合導電体は小型水素製造システムや燃料電池の電極材料、酸素吸蔵放出材料、純酸素の工業的利用と関連が深く、リチウム伝導体は発火の危険性のない全固体電池への応用が期待される。

研究者

大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻 情報デバイス材料学講座（エネルギー情報材料学分野）

髙村 仁  

Hitoshi Takamura

〈水素貯蔵〉

エネルギー利用を目指した“水素化物”の基盤・応用研究

 
 
 
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特徴・独自性
  • エネルギー利用を目指した“水素化物”の基盤・応用研究に取り組んでいます。主要なテーマは、燃料電池などの水素利用技術を支える高密度水素貯蔵材料の開発です。現在、軽量元素や特異なナノ構造を有する新たな錯体・合金・ペロブスカイト水素化物群を合成し、原子・電子構造解析なども駆使した多面的な研究を進めています。また、リチウム高速イオン伝導材料などの“水素化物”に関する広範な研究領域も開拓しています。
実用化イメージ

水素利用・貯蔵システムや次世代二次電池などの基盤材料開発を通して、素材・電気・エネルギーなどに関する産業展開に貢献するとともに、関心をお持ちの企業・団体などへの学術指導も積極的に実施しています。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 デバイス・システムグループ

折茂 慎一  

Shin-Ichi Orimo

〈水素透過〉

現場で、目視で、金属材料への水素侵入をリアルタイム検出

 
 
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概要

金属材料に水素が侵入すると、材料の機械的特性が低下し脆性破壊することがある。（水素脆化）水素脆化の発生を事前に予測するためには、材料への水素侵入を検出する必要がある。本技術では、対象となる金属材料に「水素と反応して色が変わる高分子センサー」を成膜することで、材料に侵入した水素を目視で発見できる。高分子センサーは安価かつ容易に成膜可能なため、大型で形状が複雑なインフラ設備にも適用できると期待される。

従来技術との比較

従来、金属中の水素検出には大型で高価な装置を必要としていたため、現場における水素検出は困難であった。本技術の水素センサーは水素を視認可能にするため、既存設備に成膜するだけで水素の侵入を発見できる。

特徴・独自性
  • ・金属材料に侵入した水素をリアルタイムで可視化できる。
  • ・金属の腐食に伴い侵入した微量の水素でも検出できる。
  • ・安価かつ容易に成膜可能なセンサーを使用するため、既存の大型設備にも適用できる。
  • ・材料に侵入した水素を発見することで、水素脆化の防止と材料の長寿命化が期待される。
実用化イメージ

本技術によって、大型のインフラ材料に侵入した水素を容易に検出できる。既存設備でも、材料表面に水素センサーを成膜すれば材料に侵入した水素を目視で発見できるため、メンテナンスコストの削減が期待できる。

研究者

金属材料研究所 材料設計研究部 耐環境材料学研究部門

柿沼 洋  

Hiroshi Kakinuma

〈水素誘起経年劣化メカニズム〉

〈垂直磁気記録〉

垂直磁気記録と情報ストレージシステム

 
 
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特徴・独自性
  • 大容量情報ストレージ技術に関する研究を行っている。コア技術である高密度磁気ストレージの実現のため、本研究所で発明された垂直磁気記録を用いる記録方式、デバイス及びマイクロマグネティック解析により、記録密度と性能の向上を目指している。ストレージとコンピューティングを近接させPB 級の大容量データの解析を行う新しい情報ストレージ・コンピューティングシステムに関する研究を行なっている。
実用化イメージ

大容量磁気ストレージ及びスピントロニクスメモリ（HDD、STT-MRAM 等）の研究や、コンピューティングを融合したエッジ型大規模コンピューテーショナル・ストレージシステムの研究

研究者

電気通信研究所 情報通信基盤研究部門 情報ストレージシステム研究室

田中 陽一郎  

Yoichiro Tanaka

〈膵島移植〉

異分野融合による糖尿病への低侵襲細胞療法の確立

 
 
 
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特徴・独自性
  • 膵島移植は、重症糖尿病に対する理想的な低侵襲細胞治療法である。本プロジェクトにおいては膵島移植を雛形とし、分野および産学の枠を超えた先端技術の組織横断的融合を試みる事により、東北大学にトランスレーショナルリサーチの成功例として細胞工学治療の拠点を形成することを目的としている。本プロジェクトによる技術革新が、細胞療法を機軸とする新しい医療産業の活性化に大きく貢献するものと確信している。
実用化イメージ

新規細胞分離用酵素剤の開発をはじめ、いくつかのシーズは既に国内大手企業と効果的な産学連携体制が構築されているが、細胞埋め込み型デバイスや医療用動物の作製に関して連携できる企業を模索中である。

研究者

大学院医学系研究科 創生応用医学研究センター 移植再生医学分野

後藤 昌史  

Masafumi Goto

受精卵および幹細胞の新規品質評価法の開発

 
 
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特徴・独自性
  • 走査型プローブ顕微鏡に基づく生体分子評価システムの探索に一貫して取り組み、プロテインアレイの構築とイムノアッセイへの応用を提案した。また、微小探針を改良して1細胞ごとのmRNA回収法を確立し、核酸-タンパク質の同時定量に取り組んでいる。走査型電気化学顕微鏡（SECM）を含むプローブ顕微鏡システムをツールとし、核酸、タンパク質、生体膜、細胞、初期胚を含む広い応用分野の開拓に成功した。これらの研究は初期胚研究への適用が期待できる。
実用化イメージ

体外受精-胚移植は、医療分野では不妊治療、畜産分野では優良家畜の効率的生産を可能としている。体外培養技術の進歩によりクオリティの高い胚の作出が可能となっているが、その後の子宮への胚移植、受胎率、産仔の成功率は依然として低い水準にある。これまで、受精卵の品質評価は形態観察に基づき行われてきた。我々は、単一受精卵ごとの呼吸活性を指標とした客観的な受精卵の品質評価法を開発した。我々の特許をもとに「受精卵呼吸測定装置」が装置化・実用化され、ウシ・マウス・ヒトの受精卵移植試験実施に至った。

研究者

大学院工学研究科 バイオ工学専攻 生体分子化学講座（生物電気化学分野）

珠玖 仁  

Hitoshi Shiku

〈水熱技術〉

高温高圧水中での化学反応を用いたプロセス開発、超/亜臨界流体抽出技術

 
 
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特徴・独自性
  • これまでの研究はほとんどが水熱技術（超/亜臨界水技術など）に関連しており、超臨界流体（CO₂）と亜臨界流体(DME)の抽出技術、無機材料の合成、石炭化学、バイオマス変換、微細藻類の抽出、廃棄物のリサイクルなど多岐にわたる。また、さまざまな化学工学的応用の経験もあります。現在はリチウムイオン電池と廃プラスチックのリサイクルと化学実験の自動化と知能化に関する研究に取り組んでいる。
実用化イメージ

1. 廃リチウムイオン電池のリサイクルと貴金属の回収
2. 連続水熱装置による廃プラスチックのリサイクル
3. 非効率に利用される炭素系未利用固体廃棄物から高付加価値製品を製造する技術開発

研究者

大学院工学研究科 附属超臨界溶媒工学研究センター システム開発部

鄭 慶新  

Qingxin Zheng

〈睡眠〉

生体信号の解析と視覚化

 
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特徴・独自性
  • 多彩なセンサーの開発やICT 技術の発展により、膨大な生体信号を記録・保存することが可能になってきた。我々は、その信号を、病気の診断や健康の増進への利活用を目指して様々な信号処理方法を研究している。例えば、妊娠中の母親の腹部に張り付けた電極から子宮内胎児の心電図を高精度に抽出するアルゴリズムや、多種の生体信号の時間的関係から自律神経系などの状態を推定し、可視化するアルゴリズム等の開発を行っている。
実用化イメージ

生体信号の解析・可視化・診断システム。
自動車運転手や各種システムオペレータの集中度や眠気のモニタリング・評価。
生体リズムの特性を考慮した就労スケジューリング。

研究者

未踏スケールデータアナリティクスセンター データアナリティクス研究部門

中尾 光之  

Mitsuyuki Nakao

多能性超音波照射装置の開発

 
 
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特徴・独自性
  • 従来の超音波治療器は病変部に照射して、照射部位に限局した局所効果を得るものでした。我々は、病変部以外の部位に超音波を照射して全身性効果を発揮する多能性超音波照射装置を開発しています。微弱な周波数と超低出力強度の超音波を安定して固定照射する技術により、高血圧改善効果をはじめ、ストレス・疲労回復効果等、従来の超音波照射装置にはない様々な効能を発揮します。当装置を用いた未来医療産業の創生を目指しています。
実用化イメージ

製品化に伴い、医療機器、美容機器、家庭用機器などの販売を担う企業、または、それらのデバイスを用いたリラクゼーションサービス業を担う企業との連携を求めています。

研究者

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター 糖尿病制御学寄附研究部門

野々垣 勝則  

Katsunori Nonogaki

〈数値解析〉

〈数値流体力学〉

摺動部摩耗と焼付き発生部位に関するシミュレーション予測システムの開発

 
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概要

エンジンピストンピン－コンロッド小端間の相変化を伴う潤滑油液膜流れに着目し、構造体の弾性変形と流路変化を考慮した混相流体－構造体連成解析手法を新たに開発し、高負荷条件下におけるトライボロジー特性に関するシミュレーション予測法を開発しました．その結果、摺動部における摩耗・焼付き発生部位のシミュレーション予測に成功するとともに、構成部品の特異な変形挙動が摩耗・焼付きの発生要因であることを発見しました。

従来技術との比較

流体潤滑における摩耗・焼付き発生部位の検証には計算による予測は不可能であると考えられてきましたが，本研究では摺動部における摩耗・焼付き発生部位のシミュレーション予測に成功しました．

特徴・独自性
  • スーパーコンピューターでエンジンピストンピン摺動部における摩耗・焼付き発生部位に関するシミュレーション予測に世界で初めて成功した。
  • ピストンピンの弓なり状の変形が、コンロッドエッジにおける機械接触・焼付きの原因であることを特定した。
  • ピストンピンとコンロッド双方の弾性変形ならびに非定常流路変化を伴う薄膜キャビテーション注1潤滑を考慮した、3次元混相流体－構造体連成解析手法注2の開発に成功した。
実用化イメージ

本研究手法は自動車用エンジンのみならず流体潤滑を用いた全ての摺動部品要素に適用可能であり、輸送機械・産業機械の損傷予測や構成要素の安全性指針策定に貢献します，構成要素の最適設計が可能になります．

研究者

流体科学研究所 附属統合流動科学国際研究教育センター 混相流動エネルギー研究分野

石本 淳  

Jun Ishimoto

〈数理物理〉

全てを最適化する　Optimal Society

 
 
 
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特徴・独自性
  • 量子アニーリングと呼ばれる最適化技術を世界でいち早く産業化に向けて、その限界を突破する基礎技術、複数の企業との応用可能性の探索に取り掛かっている。
  • その手法の優位性は、一度最適化したい目標を描くコスト関数を定式化するだけで利用できる点だが、我々はさらに最適化しやすい形、学習による逐次最適化、ブラックボックス最適化など、手法にとどまらない展開をしている。
  • 特に自動運転、工場内の物流、災害時の避難誘導へ応用展開中である。
実用化イメージ

各種車両の自動運転、災害時の避難経路誘導などの経路探索問題、工程スケジューリングや多大な組合せ問題への応用。
各業界における組合せ最適化問題への課題解決方法を提供可能。
( 交通・流通、製造、材料、創薬等)

研究者

大学院情報科学研究科 情報基礎科学専攻 情報応用数理学講座（数理情報学分野）

大関 真之  

Masayuki Ohzeki

〈数理モデル〉

数理生物学

 
 
 
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特徴・独自性
  • 現実の生命現象や社会現象の特性を科学的に議論するための研究の展開の礎となるような数理的・理論的研究のための数理モデリング、数理モデル解析を行っている。現象のいかなる理論的課題を取り上げるか、問題をいかに数理モデルとして構成するか、構成された数理モデルに関していかなる数理的解析を行なうか、数理的解析結果をいかに生命科学的・社会科学的議論として取り上げるか、ということが重要な観点となる。
実用化イメージ

現実の生命現象や社会現象に対する理論的なアプローチを要する施策策定やアセスメント、環境評価に係る基礎理論の適用、または、データの視覚化に伴って必要となるスケルトンモデルの構築など。

研究者

大学院情報科学研究科 情報基礎科学専攻 情報基礎数理学講座（情報基礎数理学ＩＶ分野）

瀬野 裕美  

Hiromi Seno

〈すき間腐食〉

過酷環境下で機能する化学イメージング･デバイスの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 強酸性の環境下で、水素イオンと塩化物イオンの濃度分布を、画像としてリアルタイム計測できるイメージング素子を開発した。pH の範囲は3.0 から0.5まで、塩化物イオン濃度は4M まで計測できる。従来、塩化物イオンに関しては、pH 6〜8の中性域で、0.01M以下の希薄溶液の濃度を計測できるだけであった。しかし、特殊なセンサー物質の探索や感応膜の作製方法を工夫することで、過酷環境下でも機能するデバイスの開発に成功した。
実用化イメージ

強酸性下で進行する金属の腐食現象など、各種化学反応の機構解明への応用が期待される。マイクロ流体チップへ組み込むことで、金属表面の触媒作用の解明などにも応用できるものと思われる。

研究者

大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻 材料電子化学講座

武藤 泉  

Izumi Muto

〈スクリーニング〉

生物活性の探索をアウトソーシングしませんか　-　ウイルス・腫瘍・細菌を中心に　-

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 当研究室では様々な生物活性探索アッセイ方法を確立しています。その成果として日本たばこ産業と共同開発した抗HIV 剤、エルビテグラビルが臨床応用されています。他にも、新規の作用機序を有する逆転写酵素阻害剤（EFdA） や抗ガン剤（S-FMAU）を開発してきました。具体的には、1）抗ウイルス剤・抗菌剤などの活性評価、2）抗腫瘍活性の測定、3）新たなスクリーニング法の確立などを行います。
実用化イメージ

新たなターゲットに対するhigh through-put screening 確立の受託も可能ですので個別にご相談ください。P3実験施設を必要とする共同開発や他の微生物を含めた学術指導にも応じます。

研究者

災害科学国際研究所 災害医学研究部門 災害感染症学分野 医学研究科・医学部・大学病院・東北メディカル・メガバンク機構（兼務）

児玉 栄一  

Eiichi Kodama

〈ステロイド〉

乳がんにおけるホルモン作用

 
 
 
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特徴・独自性
  • 乳がんの発育進展には女性ホルモンが重要な役割を担っており、その作用を制御することで乳がんの治療が可能です。我々は乳がん組織を病理学的に解析し、乳がんにおけるホルモン作用の本質に迫ります。そして得られた知見を細胞培養や動物モデル等様々な研究手法を用いて多角的に検証します。このように病理学的解析と分子生物学的解析を研究の両輪とすることで、オリジナリティーにあふれた研究成果を生み出しています。
実用化イメージ

乳がんの予後や治療効果に関する新規検査方法の開発や新規薬剤の治療効果の評価等が可能と思われます。

研究者

大学院医学系研究科 医科学専攻 病理病態学講座（病理診断学分野）

鈴木 貴  

Takashi Suzuki

〈ステント〉

生体材料やシミュレーションによる医療デバイス開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • ハイドロゲルを用いて、医療デバイスの状態を視認できるように、透明で表面摩擦抵抗が低く、ヒト血管の力学的特性および形状を忠実に再現できる全身血管モデルや、骨のモデルを開発しています。また、最適化手法を用いた医療デバイスの最適なデザインの研究として、特に、脳動脈瘤治療用ステント、カテーテルなどの開発をしています。これらは、デバイス開発のための動物実験の減少にも、貢献が期待されます。
実用化イメージ

医療デバイス開発を進める企業、業界との連携が可能。医療画像診断装置や画像処理、MEMS を用いた応用展開、標準化開発業界、医療トレーニング企業、高分子素材企業など様々な場面で応用が期待できます。

研究者

流体科学研究所 流動創成研究部門 生体流動ダイナミクス研究分野

太田 信  

Makoto Ohta

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