東北大学 研究シーズ集

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〈イオン液体〉

リチウムイオン内包フラーレンを用いた二次電池の開発

 
 
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特徴・独自性
リチウムイオン内包フラーレン（Li+@C60）を用いた二次電池を開発しています。その中でもLi+@C60をカチオンとしたイオン液体を電気二重層キャパシタ(EDLC)の電解質として用いた[Li+@C60]・EDLCは、広い温度域で高い運動性を示す球形のC60殻内に安定に閉じ込めたLi+を用いるため、イオン液体中でも高密度で高速蓄電が可能で、高い安全性が確認されています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
宇宙などの極限環境下で使用可能な二次電池としての応用が期待されます。さらに、Li+@C60を用いた全固体型二次電池への展開も可能で、飛躍的な蓄電密度の向上が達成できます。


理学研究科巨大分子解析研究センター
權　垠相 准教授 博士（理学）
KWON, Eunsang Associate Professor
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〈イオン源〉

加速器技術の開発と応用

 
 
 
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　加速器研究部では、物理、工学から薬学、医学と非常に広い分野で利用されているイオン加速器、サイクロトロンの開発、改良を研究しています。加速器の基礎技術として、１）イオン源開発（特に重イオン源開発）、２）ビーム光学の設計、３）加速器設計の基礎となる３次元電磁場計算、４）多種の電源と計算機制御技術の開発、５）大電力高周波共振器の開発、６）真空装置の改良、７）イオンビーム測定、モニターシステムの設計、など多岐にわたる開発を行っています。
　物理、工学、薬学、医学で利用されている加速器、イオンビーム応用に関しては、すべての領域での技術開発に対応できる経験と実績を持っています。
　本加速器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と同時に、本研究に関して興味ある企業への学術、技術指導を行う用意があります。

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター 加速器研究部
篠塚 勉 准教授 工学博士
SHINOZUKA, Tsutomu Associate Professor
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〈イオン光学〉

サイクロトロン加速器技術の開発と応用研究

 
 
 
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特徴・独自性
サイクロトロン加速器に関連した技術開発および様々なイオンビームや中性子ビームを用いた基礎・応用研究を行っています。具体的には 1)イオン源開発（特に重イオン源）、2)イオン光学設計（ビーム輸送技術）、3)加速器関連の装置制御技術開発、4)高周波共振器の開発、5)イオン・ガンマ線・中性子等の放射線測定、6)イオンビーム・中性子ビームによる放射線耐性試験などです。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
耐放射線に強い材料や回路を設計するための、陽子からXeに至るまでの重イオンビーム・中性子ビームなど多彩な量子ビームを用いた放射線耐性試験や、高速中性子ビームによるイメージング技術開発。

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター
伊藤 正俊 教授 博士（理学）
ITOH, Masatoshi Professor
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〈イオン交換樹脂〉

スーパービタミンEトコトリエノールの高効率回収技術

 
 
 
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特徴・独自性　
本技術は、分子蒸留を一切行わないため熱安定性の低いトコトリエノールを分解なしに100%回収できる、ビタミンE類（トコトリエノールとトコフェロール）を選択的に樹脂に保持できるため不純物混入量が少なく高純度で回収できる、ビタミンE類の回収と同時に遊離脂肪酸とトリグリセリドを何れも転化率100%で脂肪酸エステルに変換できる、樹脂充填層に溶液を供給するだけの簡便な操作で連続操作が可能である、という特長を持つ。

産学連携の可能性
抗癌作用が注目されているトコトリエノールを医薬品や食品添加物として利用したい企業、原料ビタミンＥ濃度が低くても選択的に完全回収できるため、スカム油からのビタミンＥ回収率向上を目指す企業、との連携可能。　　

工学研究科
北川 尚美 教授 博士（工学）
SHIBASAKI-KITAKAWA, Naomi Professor
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〈イオンチャネルタンパク質〉

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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〈イオン伝導体〉

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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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。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
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。

工学研究科　知能デバイス材料学専攻
高村 仁 教授 博士（工学）
TAKAMURA, Hitoshi Professor
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〈イオンビーム〉

サイクロトロン加速器技術の開発と応用研究

 
 
 
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特徴・独自性
サイクロトロン加速器に関連した技術開発および様々なイオンビームや中性子ビームを用いた基礎・応用研究を行っています。具体的には 1)イオン源開発（特に重イオン源）、2)イオン光学設計（ビーム輸送技術）、3)加速器関連の装置制御技術開発、4)高周波共振器の開発、5)イオン・ガンマ線・中性子等の放射線測定、6)イオンビーム・中性子ビームによる放射線耐性試験などです。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
耐放射線に強い材料や回路を設計するための、陽子からXeに至るまでの重イオンビーム・中性子ビームなど多彩な量子ビームを用いた放射線耐性試験や、高速中性子ビームによるイメージング技術開発。

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター
伊藤 正俊 教授 博士（理学）
ITOH, Masatoshi Professor
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〈イオンビーム制御〉

加速器技術の開発と応用

 
 
 
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　加速器研究部では、物理、工学から薬学、医学と非常に広い分野で利用されているイオン加速器、サイクロトロンの開発、改良を研究しています。加速器の基礎技術として、１）イオン源開発（特に重イオン源開発）、２）ビーム光学の設計、３）加速器設計の基礎となる３次元電磁場計算、４）多種の電源と計算機制御技術の開発、５）大電力高周波共振器の開発、６）真空装置の改良、７）イオンビーム測定、モニターシステムの設計、など多岐にわたる開発を行っています。
　物理、工学、薬学、医学で利用されている加速器、イオンビーム応用に関しては、すべての領域での技術開発に対応できる経験と実績を持っています。
　本加速器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と同時に、本研究に関して興味ある企業への学術、技術指導を行う用意があります。

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター 加速器研究部
篠塚 勉 准教授 工学博士
SHINOZUKA, Tsutomu Associate Professor
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〈育種〉

新規ハイブリッドライス育種基盤

 
 
 
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特徴・独自性
両親の良いところを併せ持った多収品種をつくる究極の育種法にハイブリッド品種（一代雑種品種）を作る技術がある。ハイブリッドライスを育種する基盤として、細胞質雄性不稔性と稔性回復システムが使われる。我々は東北大学オリジナルのCW型細胞質雄性不稔性イネの利用を検討し、その分子基盤を研究している。CW細胞質はこれまで不可能であったインディカ品種の雄性不稔化を実現できるので、高い利用価値が期待できる。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
ハイブリッド品種のイネは、通常の品種と比較して30％ほどの収量増が期待され、その栽培面積は世界全体の13％を占めている。コメ産業の国際化を狙った日本独自の新規ハイブリッドライス育種基盤を提供できる。

農学研究科
鳥山 欽哉 教授 農学博士
TORIYAMA, Kinya Professor
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〈育種改良〉

育種学的手法及び飼料添加物による病気に強い動物の開発

 
 
 
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国内外の養豚生産現場で最も重要な病気は、複数の病原体の感染により豚が呼吸器病を示す豚呼吸器複合症（PRDC）である。宮城県畜産試験場との共同研究でマイコプラズマ性肺炎病変(MPS)低方向へ5世代選抜した結果、病変は減少し、相関反応として自然免疫能（貪食能：PA、顆粒球・リンパ球比率：GLR）、細胞性免疫能が高まり、液性免疫能であるSRBC特異的抗体産生能（AP）が抑制された。
海藻の飼料添加給与が液性免疫IgGやIgAを活性化させ、甘草の飼料添加給与が炎症性サイトカインを抑制するのでこれらの物質の利用により飼料への過度の抗菌剤添加を軽減させる。さらに、抗病性育種の選抜実験としてマウスの自然免疫、獲得免疫および両者を同時に選抜する3系統と無選抜対照系を20世代選抜し、これらの免疫特性、抗病性を比較検討中である。本研究で得られた技術を産業界で活用したい企業や団体からのお問い合わせをお待ちしています。

農学研究科
鈴木 啓一 教授 農学博士
SUZUKI, Keiichi Professor
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〈意見/情報分析〉

ビッグデータの意味解析を可能にする自然言語処理技術

 
 
 
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特徴・独自性
膨大な言語データを意味的に解析し必要な情報・知識を抽出する技術、抽出した情報・知識を分類・比較・要約する技術、それらを可能にする世界最速の仮説推論技術など、先進的な自然言語処理技術を研究開発しています。また、これら基盤技術をウェブやソーシャルメディアなどのビッグデータに適用し、大規模な情報・知識マイニングや信頼性の検証支援、耐災害情報処理などに応用する実践的研究も展開しています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
言語意味解析に基づく高度なテキストマイニングによる市場動向調査や技術動向調査、隠れたニーズやリスクの発見、社内文書の構造化・組織化による知識管理支援、対話システムなど、多様な分野・業種との連携が可能です。

情報科学研究科
乾 健太郎 教授 博士（工学）
INUI, Kentaro Professor
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〈意識〉

脳を知れば人間がわかる

 
 
 
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特徴・独自性
人間らしい精神と行動を実現する脳の仕組みを、脳機能計測（図１）と生理・行動計測を駆使して明らかにしている。心の仕組みは、自己と外界との関係性の認知処理という視点から、３つの脳領域群（図２）で処理される「出力とフィードバック入力の関係性」（図３）として整理される：身体的自己（身体と外界の関係：Ａ）、社会的自他関係（自己と他者との社会的関係：Ｂ）、自己の社会的価値（Ｃ）。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
心の働きを脳活動から推測する技術の開発や、人間らしい判断を可能にするアルゴリズムの開発を通じて、製品開発・評価に応用できる可能性がある。

加齢医学研究所／災害科学国際研究所
杉浦 元亮 教授 博士（医学）
SUGIURA, Motoaki Professor
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〈異種材料〉

異種材料接合における新たな界面設計・制御

 
 
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特徴・独自性
異種材料接合は、次世代の構造物やデバイスの製造において重要な技術であるが、これまでは、接合界面での過度な素材間の反応により特性が劣化するため、良好な接合継手を得ることは困難であった。当研究室では、素材間の過度な反応を抑制し得る摩擦攪拌接合や超音波接合などの固相接合技術を駆使し、また接合時の界面現象解明を通じて、特性を劣化させない界面を、意図的に作り込む新たな接合技術の開発を目指している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
次世代の輸送機器や電力設備などでは、鋼、アルミニウム合金、チタン合金、銅など各種金属同士の接合に限らず、金属と熱可塑性樹脂との接合も含めた異種材料接合の実機適用を目指した企業等との共同研究を希望する。

工学研究科 材料システム工学専攻
佐藤 裕 教授 博士（工学）
SATO, Yutaka Professor
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〈異種タンパク質〉

麹菌や酵母を宿主とした有用タンパク質生産システムの開発

 
 
 
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特徴・独自性
麹菌や酵母は安全性が高く高等動植物由来の有用タンパク質の生産宿主として期待されている。麹菌はタンパク質分泌能が高く有望な宿主であるが、自身が生産するプロテアーゼにより目的のタンパク質が分解されてしまうため、プロテアーゼ生産に関わる転写因子遺伝子の破壊株を作製し、異種タンパク質の分解を抑えることに成功した。また、異種遺伝子のコドン使用頻度を麹菌に最適化することで転写産物の安定性を飛躍的に高めることができ、目的とするタンパク質の生産性向上を可能にした。これらを組み合わせることによって有用タンパク質の生産量のさらなる増加が可能になるものと期待される。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
麹菌や酵母を宿主とした医薬品用タンパク質製造や産業用酵素生産への応用が期待でき、それらの製造生産に関わる企業との産学連携の可能性がある。

農学研究科
五味 勝也 教授 農学博士
GOMI, Katsuya Professor
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〈位相〉

Ｘ線位相イメージングによる高感度医用診断装置の開発

 
 
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特徴・独自性
通常のＸ線透視撮影は生体軟組織などのＸ線をあまり減衰させない構造に対して明瞭なコントラストを生成しない。Ｘ線が物質を透過するとき、わずかに屈折により曲げられる。通常のＸ線透視撮影では、Ｘ線は直進していると近似しているが、この屈折を検出・画像化することで、軟組織に対する感度が大幅に改善される。このような撮影を、Ｘ線透過格子を用いるＸ線Talbot干渉計あるいはＸ線Talbot-Lau干渉計により実現している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
すでに、軟骨描出能を使ったリウマチ診断、および、乳がん診断（マンモグラフィ）への適用を目的とした医用機器開発を進めている。他の医用用途が開拓できれば、新たな産学連携が構築できると期待している。

多元物質科学研究所
百生 敦 教授 工学博士
MOMOSE, Atsushi Professor
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Ｘ線位相イメージングによる高感度非破壊検査装置の開発

 
 
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特徴・独自性
通常のＸ線透視撮影は軽元素からなる高分子材料などの低密度材料に対して明瞭なコントラストを生成しない。しかし、Ｘ線が物質を透過するとき、わずかに屈折により曲げられることを検出・画像化することで、そのような物質に対する感度が大幅に改善される。Ｘ線透過格子を用いるＸ線Talbot干渉計あるいはＸ線Talbot-Lau干渉計によりこれが実験室で実施できるようになった。高感度三次元観察を可能とするＸ線位相CTも実現している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
工業製品検査や保安目的のＸ線非破壊検査を、従来法では適応が難しかった対象に拡張できる。Ｘ線マイクロCT装置への位相コントラストモード付加、生産ラインでのＸ線検査装置の高度化などが開発目標となる。

多元物質科学研究所
百生 敦 教授 工学博士
MOMOSE, Atsushi Professor
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〈位相的データ解析〉

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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〈一塩基多型〉

品種開発のためのイネとアブラナ類のゲノムと遺伝子変異の研究

 
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特徴・独自性
遺伝子の一塩基の変異を多数の植物個体について低コストで分析できるドットブロットSNP法を開発した。この方法は、分析技術の熟練が必要ではあるが、一度に数千個体の遺伝子型分析を低コストで行うことを可能とするもので、作物育種の現場でのDNA分析による遺伝子型判定や、種子の純度検定、品種の同定等に利用することができる。さらに簡便な分析方法の開発、低コスト化の研究も進めている。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
植物遺伝子の解明の研究や、品種の純度検定や多様性評価、自家不和合性S遺伝子型の同定、生物の種名の同定など、種々の利用場面がある。種苗業界や食品産業等との連携が想定され、学術指導を行う用意がある。

農学研究科　植物機能科学講座　植物遺伝育種学分野
西尾 剛 教授 農学博士
NISHIO, Takeshi Professor
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食と栄養素による疾病予防の研究

 
 
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特徴・独自性
高齢化社会が進み、国の医療費を節約する必要がある。農学領域の栄養学の使命は、食べ方や食品摂取のやり方による疾病の予防である。当研究室では、独自にビタミンKとビオチンの新しい生理機能（老化予防と生活習慣病予防）について解明してきた。また、亜鉛及び炭酸脱水酵素による味覚障害予防や、米糠及び大麦発酵物の疾病防御効果についても解明しつつある。苦味受容体の遺伝子多型と発がんリスクとの関係の解明も進めている（歯学研究科と医学研究科との共同研究を行いつつある）。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
用途：高齢者用サプリメント食品素材の開発・研究、生活習慣病抑制用素材の開発・研究、ヒト味覚障害及び摂食調節疾障害の非侵襲的簡易診断法の開発。

業界：食品産業、臨床検査業界との連携。地域食産業の振興を介した農業の再生・振興。

農学研究科　栄養学分野
駒井 三千夫 教授 農学博士
KOMAI Michio Professor
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〈一分子ナノイメージング〉

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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