東北大学　研究シーズ集

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た 行
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た

〈蛋白質ラベル化〉

生体機能の可視化および制御技術の開発

概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 生体分子の機能を正しく理解するには他の生体分子との相互作用が保たれた状態、すなわち生きた状態で観察することが重要です。そこで、有機化学および蛋白質科学の双方からのアプローチにより新たな機能性分子を開発し、生体分子の可視化および光を用いた機能制御に取り組んでいます。特に、オルガネラ内の分子やイオン濃度の定量や、蛋白質機能を光操作するケージド化合物あるいはフォトスイッチ化合物の開発に実績があります。
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研究者

多元物質科学研究所 有機・生命科学研究部門 細胞機能分子化学研究分野

水上 進  

Shin Mizukami

〈単分散〉

材料の微視的空間配置を精密制御する微粒子集積プロセスの開発

 
 
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特徴・独自性
  • 異種材料を複合化した材料は、構成する材料の複合化状態によって、発現機能が大きく異なる。粒径や形状を制御して微粒子を合成できる技術と、合成した微粒子を設計通りに集積させる技術の融合によって実現する「ビルディングブロック工学」では、構成材料の３次元的な空間配置をメゾスコピックスケールで精密に制御することができ、従来の材料開発では得られなかった優れた機能の発現（相乗効果）や、新たな機能の発見も期待できる材料創製プロセスである。
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触媒（光触媒も含む）や分離カラムなどの化学関連プロセスのみならず、薬物送達システムや診断薬など医薬関連、コンデンサーや電池などの電子材料関連、屈折率制御材料やセンサーなど光学材料関連分野への用途展開が見込まれる。

研究者

大学院工学研究科 化学工学専攻 プロセス要素工学講座（材料プロセス工学分野）

長尾 大輔  

Daisuke Nagao

〈端末間通信〉

あらゆるモノ同士の直接通信の効率化を実現する技術

 
 
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特徴・独自性
  • モノが通信する時代では、通信インフラを利用することなく、あらゆるモノ同士が自由自在に直接通信できることが望まれます。モノが密集した状況でも、移動している状態でも、効率的な無線通信を実現することを目指し、局所集中型通信技術の研究を推進しています。なお、当該技術の一部を応用した事例の一つとして「スマホdeリレー」がありますが、こちらの研究開発詳細については研究室ウェブサイトをご覧下さい。
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無線通信機、通信システム、及び通信サービスに関連する業界。ならびに防災・減災など災害時の情報通信に関係する業界

研究者

大学院工学研究科 通信工学専攻 通信システム工学講座（通信方式分野）

西山 大樹  

NISHIYAMA Hiroki

ち

〈地域〉

非営利組織（NPO）とソーシャル・キャピタル

 
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特徴・独自性
  • 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。
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研究者

大学院経済学研究科 経済経営学専攻 医療福祉講座

西出 優子  

Yuko Nishide

脱炭素をドライブさせる、エネルギーデザインの理論と実践

概要

脱炭素ドライブに欠かせない機能は、エネルギーデータ解析、高精度の空間解像度と時間解像度を併せ持つエネルギーのカーナビだ。空間解像度が高まれば、電気⾃動⾞の充放電や、地域間エネルギー融通が円滑に進む。時間解像度の高い分刻みのエネルギーデータが加われば、変動する再⽣可能エネルギーの出⼒と需要家を合理的かつ最適に組合せる。データ解析、システムデザイン、運⽤面から、カーボンニュートラル社会を牽引する。

従来技術との比較

日本初の地域エネルギー需給データベースを開発し、全国市区町村のエネルギー現況の分析結果をもとにして、持続可能かつレジリエンな地域エネルギーのインフラ配置と運用を詳細にデザインできる。

特徴・独自性
  • 米国でのフルブライトスカラーとしての研究経験と、欧州での社会実装の事例に熟知。
  • 膨大な地域エネルギー需給データベースに基づくデータ駆動型イノベーションの研究手法。
  • 社会課題を解決する社会起業家として、地域フィールドワークを重視。
実用化イメージ

理論を実践へ。新しいまちづくりの持続可能なエネルギーシステム構築を支援。地域社会の背景を含み置きつつ、住民の意見に耳を傾けて、今日的課題に即した議論へと導く。地球規模で考え、地域社会のなかで行動する。

研究者

大学院工学研究科 技術社会システム専攻 ソーシャルシステムデザイン講座（エネルギーサステナビリティ分野）

中田 俊彦  

Toshihiko Nakata

〈地域性〉

防災情報共有プラットフォームの開発と利活用による防災教育の高度化

 
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特徴・独自性
  • 自然災害は地域ごとの自然条件／自然環境に大きく依存する。また、仮に同じ自然のハザードに曝されるとしても、その脅威を受ける社会の脆弱性に応じて災害の様相は大きく変動する。一方で、学校での防災教育では、学校周辺の地域性を十分に反映した教育内容には至っていない。地域素材の収集や教材化の困難さが主な理由である。そこで、地域のデジタル学習材を共有化するための情報共有プラットフォームの構築と利活用が、災害から子どもたちの命を守ることと、確かな学力形成の両立に貢献する。
実用化イメージ

学校での防災教育の普及・高度化に受けて、郷土・地域のデジタル学習材を共有化するための防災情報共有プラットフォームの開発等が考えられる。

研究者

災害科学国際研究所 防災実践推進部門 防災教育実践学分野

佐藤 健  

Takeshi Sato

〈知覚〉

実験心理学の原理から人間の行動を理解する

 
 
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特徴・独自性
  • 人の行動情報をセンシングし、人の意図や心身状態、人間関係を読み取ろうとする動きが進んでいます。このような状況を踏まえ、本研究室では、視線計測技術などを用いた実験心理学的手法によって人の身体行動に内在する心の理解に関する認知機能の解明に取り組んでいます。
実用化イメージ

私たちは、日常の中で、極めて効率的な身体行動を様々な状況で柔軟かつ容易に実現していますが、なぜこのようなことが可能なのでしょうか? この問題は、認知科学、神経科学、リハビリテーション医学、スポーツ科学、ロボット工学などの様々な研究分野で取り組まれている重要な問題の一つです。 効率的な身体行動の実現には、目に見える「物理的な身体」ではなく、目に見えない「心の中の身体」（自己身体の気づき）が深く関与することを見出しており、「心の中の身体」のメカニズムと機能的役割の解明を進めています。

研究者

大学院情報科学研究科 応用情報科学専攻 応用生命情報学講座（認知情報学分野）

松宮 一道  

Kazumichi Matsumiya

〈地殻応力〉

各種環境に対応した大深度地殻応力計測技術

特徴・独自性
  • CO2の地中貯留、深海底面下にあるメタンハイドレート層からのメタンガス生産、地熱エネルギー抽出などのフロンティア地殻工学、さらには、原子力発電所の耐震設計等への応用を目的として、対象地層に作用する地殻応力を孔井を使って定量的に評価するための方法を開発している。これによれば、地表面ないし海表面からキロメートル級の深度、高温環境さらには固結のみならず未固結岩体への適用が可能である。特にBABHYと名付けた方式については、800 mという実用深度での適用実験に成功した。また、この業績に対して、国内岩の力学連合会論文賞、米国岩石力学協会論文賞などを受賞した。これら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。
実用化イメージ

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 地殻環境エネルギー研究分野

伊藤 高敏  

Takatoshi Ito

〈地球温暖化〉

Mg2Sn系として過去最高のzT>0.8を実現

概要

高熱電効率なMg2Sn系熱電材料
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T20-641.pdf

従来技術との比較

開発したMg2Sn単結晶は、多結晶よりも電気伝導率が高いだけでなく熱伝導率が低い点で優れている。

特徴・独自性
  • 開発したMg2Sn単結晶において熱電性能を飛躍的に向上し、従来報告されていた多結晶の性能を超えた。
実用化イメージ

未利用排熱を用いて発電することにより、省エネルギー化と地球温暖化ガスの排出抑制につながる。

研究者

大学院工学研究科 応用物理学専攻 応用材料物理学講座（機能結晶学分野）

林 慶  

Kei Hayashi

CFDに基づく将来の温熱風環境の予測・評価と、将来気候に適応可能な都市環境計画

 
 
 
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特徴・独自性
  • 都市屋外の温湿度、風、汚染質濃度といった物理環境の数値シミュレーションによる予測や環境形成要因の解明や実測調査による実態把握を行う。また、国・地域スケール、街区スケール、建物スケールの地球温暖化が進行した将来の屋外環境予測・熱中症評価を行う。
    さらに、平常時の夏の暑さや、稀に発生する台風や洪水に強い都市に対する形態(建物形状や配置、街路樹等)の影響を定量化する。
実用化イメージ

数値解析により、設計建物や街区計画、各種暑さ対策技術の導入が、地域の温熱環境や、風の道形成に与える「功罪」、さらには台風等災害発生時における悪影響を定量評価し、導入可否判断材料を提供する。

研究者

大学院工学研究科 都市・建築学専攻 サステナブル空間構成学講座（講座共通）

石田 泰之  

Yasuyuki Ishida

〈チタン〉

構造相転移・相変態組織形成学・エネルギー材料

 
 
 
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特徴・独自性
  • 構造相転移・相変態組織形成学を基軸にし、材料組織構造を制御することにより新機能を発現する材料を研究開発することを目指します。基盤材料のみならず、革新電池用エネルギー材料の開発にも重点をおきます。
実用化イメージ

蓄電池に関わる事業などは共同研究可能です。

研究者

金属材料研究所 物質創製研究部 構造制御機能材料学研究部門

市坪 哲  

Tetsu Ichitsubo

構造用金属材料の組織と特性の制御

 
 
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特徴・独自性
  • 金属材料の性質は、材料を構成する微細組織によって大きく変化します。我々は、従来型のバルク材の結晶構造・組成・粒径等の制御のみならず、結晶界面の構造やサブナノ領域の局所的組成など原子レベルでの先進的組織制御により、強度と延靱性に優れた構造用金属材料の設計・開発を、鉄鋼を中心に行っています。特に、結晶界面（粒界や異相界面）を制御する新しい観点から、相変態・再結晶を用いた結晶粒微細化の指導原理を構築するべく基礎的研究、豊富な資源としての軽元素の機能の基礎的理解と有効活用による鉄鋼およびチタン合金の更なる高機能化の研究を行っています。
実用化イメージ

熱処理や塑性加工を用いた鉄鋼や非鉄金属の高機能化、鉄鋼の表面硬化処理、金属組織に関する各種解析などを専門としており、この経験を生かして少しでも産業界の役に立てればと願っています。

研究者

金属材料研究所 材料設計研究部 金属組織制御学研究部門

古原 忠  

Tadashi Furuhara

〈チタン合金〉

構造相転移・相変態組織形成学・エネルギー材料

 
 
 
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特徴・独自性
  • 構造相転移・相変態組織形成学を基軸にし、材料組織構造を制御することにより新機能を発現する材料を研究開発することを目指します。基盤材料のみならず、革新電池用エネルギー材料の開発にも重点をおきます。
実用化イメージ

蓄電池に関わる事業などは共同研究可能です。

研究者

金属材料研究所 物質創製研究部 構造制御機能材料学研究部門

市坪 哲  

Tetsu Ichitsubo

チタンの抗菌・抗ウイルス化表面処理

概要

熱酸化やスパッタリング法によりチタン・チタン合金表面上に可視光応答型光触媒活性酸化チタン膜を作製する。酸化チタンの光触媒活性の酸化分解能により、可視光照射のみでチタン製インプラントや構造物表面に付着した細菌やウイルスを死滅させることができる。

従来技術との比較

熱酸化やスパッタリング法といった比較的簡便で基板形状を問わないプロセスにより、チタン表面に軽元素や貴金属を含有した可視光応答型光触媒活性酸化チタン膜を作製する技術を有する。

特徴・独自性
  • 二段階熱酸化法や反応性スパッタリング法などの酸化チタン成膜技術
  • 抗菌および抗ウイルス性評価技術を構築
実用化イメージ

手術部位感染や今後も引き続き起こることが確実視されている新型コロナウイルスパンデミックに対して材料の観点から貢献する。

研究者

大学院工学研究科 材料システム工学専攻 生体材料システム学講座（医用材料工学分野）

成島 尚之  

Takayuki Narushima

〈窒化物コーティング〉

マイクロ波を利用した機能無機材料プロセッシング

 
 
 
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特徴・独自性
  • マイクロ波は化学反応の駆動力としても注目されています。材料プロセッシングにおいては、単なる省エネルギー加熱としての特徴のみならず、反応促進効果や非平衡反応の進行が認められ、新素材を生み出す手法として期待できます。当研究室では、ミリ波からセンチ波に至るマイクロ波を駆使し、雰囲気制御を必要としない簡便な窒化物コーティング法や、サーメット焼結などの粉末冶金技術、金属ナノ粒子合成法を開発しています。
実用化イメージ

マイクロ波を利用した窒化物コーティング法は、オンサイトかつ短時間の成膜を可能にし、歯科インプラント材や宝飾品、切削工具等、チタン合金や各種セラミックス、硬質材料などに適用できます。

研究者

滝澤 博胤  

Hirotsugu Takizawa

〈窒化物半導体〉

高温反応場を用いた機能材料の創製と熱物性計測法の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 金属・無機系材料の創製と高温融体の熱物性計測に取り組んでいます。現在、環境、医療、バイオ、情報分野での幅広い応用が期待されている窒化物半導体について独自の発想に基づいた新たな結晶成長プロセスの開発を行っています。また、当研究室で開発した超高温熱物性計測システムを一般開放し、材料開発の数値シミュレーションに必要な比熱、熱伝導率や表面張力など種々の熱物性測定のニーズに応えています。
実用化イメージ

鉄鋼・金属系素材、半導体産業：結晶成長、溶接、鋳造、凝固などのプロセス開発
　航空宇宙産業：ロケット・航空機用エンジンおよび構成部材の評価
　エネルギー産業：原子炉・核融合炉用材料、発電タービン用材料の評価

研究者

多元物質科学研究所 附属金属資源プロセス研究センター 高温材料物理化学研究分野

福山 博之  

Hiroyuki Fukuyama

〈窒素〉

五酸化二窒素の選択合成と応用

 
 
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概要

数十W程度の電力で、空気を原料に五酸化二窒素 (N2O5) を選択的にその場合成・供給できるプラズマ装置を開発し、応用展開を推進しています。
本装置を用いて、これまでに下記の効果を既に実証しており、今後は医療・農業・環境・材料分野等でさらに幅広く応用探索を進めたいと考えています。
○殺菌・殺ウイルス効果
○植物免疫活性効果
○窒素施肥効果

従来技術との比較

N2O5は、熱や水分に弱く、保存が効かず集約生産に不向きである他，従来合成法には、高い危険性や環境汚染等の問題がありました。
安全な空気から合成できる本技術は現地生成・利用を可能にします。

特徴・独自性
  • 原料は空気のみ
  • 省電力・省メンテナンス
  • 100ppmを超える五酸化二窒素を供給可能
実用化イメージ

空気とわずかな電力しか用いない本技術は、持続可能な環境負荷の小さい分散アプリケーションとの親和性が高いです。上述の特徴を上手に活用した未来の技術として発展させていきたいと考えています。

研究者

大学院工学研究科 電子工学専攻 物性工学講座（プラズマ理工学分野）

佐々木 渉太  

Shota Sasaki

〈窒素酸化物〉

気相化学種の同時定量技術・ソフトウェア

 
 
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概要

フーリエ変換赤外線分光法 (FT-IR) を用いて、活性酸素・窒素種 (O3、 H2O2、 NOx、 HNOx)やSOx、 COx等の気相化学種を同時に定量する技術を開発しています。

従来技術との比較

標準ガスを用いた校正曲線からの密度定量は、標準ガスとして入手できない化学種に対応できない等の問題を抱えていました。
本技術は、 標準ガスの校正をせずに、20種を超える化学種の同時定量を可能にします。

特徴・独自性
  • 手軽に1クリックで同時密度定量可能なソフトウェア
  • 化学種の吸収断面積データベースを使用
  • 様々な装置関数や測定条件に対応可能
実用化イメージ

気相化学種を密度定量したいという様々なニーズに対して、直接貢献できる。

研究者

大学院工学研究科 電子工学専攻 物性工学講座（プラズマ理工学分野）

佐々木 渉太  

Shota Sasaki

〈窒素施肥〉

五酸化二窒素の選択合成と応用

 
 
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概要

数十W程度の電力で、空気を原料に五酸化二窒素 (N2O5) を選択的にその場合成・供給できるプラズマ装置を開発し、応用展開を推進しています。
本装置を用いて、これまでに下記の効果を既に実証しており、今後は医療・農業・環境・材料分野等でさらに幅広く応用探索を進めたいと考えています。
○殺菌・殺ウイルス効果
○植物免疫活性効果
○窒素施肥効果

従来技術との比較

N2O5は、熱や水分に弱く、保存が効かず集約生産に不向きである他，従来合成法には、高い危険性や環境汚染等の問題がありました。
安全な空気から合成できる本技術は現地生成・利用を可能にします。

特徴・独自性
  • 原料は空気のみ
  • 省電力・省メンテナンス
  • 100ppmを超える五酸化二窒素を供給可能
実用化イメージ

空気とわずかな電力しか用いない本技術は、持続可能な環境負荷の小さい分散アプリケーションとの親和性が高いです。上述の特徴を上手に活用した未来の技術として発展させていきたいと考えています。

研究者

大学院工学研究科 電子工学専攻 物性工学講座（プラズマ理工学分野）

佐々木 渉太  

Shota Sasaki

〈地盤改良〉

繊維質物質を用いた高含水比泥土再資源化技術の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 建設汚泥やヘドロなどの泥土は、含水比が高いため直接利用が困難であり、リサイクル率が低いのが現状である。そこで、本研究室では軟弱泥土に古紙破砕物とセメント系固化材を混合し、良質な土砂に再資源化する繊維質固化処理土工法（ボンテラン工法）を開発している。本工法の最大の特徴は、泥土の再資源化の過程で古紙と泥土を混合する点であり、土砂内部に含まれる繊維質物質が様々な優れた地盤工学的特徴を生み出している。
実用化イメージ

本工法により生成される土砂は、破壊強度および破壊ひずみが大きい、乾湿に対する耐久性が高い、動的強度が高く液状化し難いといった特徴を有するため、堤防の補強盛土など様々な土構造物の構築に使用可能である。

研究者

大学院環境科学研究科 先進社会環境学専攻 資源戦略学講座（地球開発環境学分野）

高橋 弘  

Hiroshi Takahashi

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