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イオンビームスパッタリング

多層膜光学素子の開発とテイラーメイドX線光学素子の開拓

概要

X線は進行方向を変える(レンズを作る)ことが難しく、ミラーで反射させることで集光させます。このとき、一層の厚さが数nmの極薄多層膜を曲面に沿って精密に膜厚制御されたミラーを用いると、直入射で高反射率が得られます。この原理を用いることで、実験室の光源でも明るく解像度の高い軟X線顕微鏡が実現できます。

従来技術との比較

軟X線の反射波長は多層膜の層厚と入射角に依存します。結像ミラーでは曲面に沿って入射角が変わるため、精密な層厚制御なしでは反射する軟X線の波長が変わり、明るい顕微鏡が実現できません。

特徴・独自性
  • 速度可変シャッター機構を使ったイオンビームスパッタリング成膜による精密膜厚分布制御成膜法
  • 4枚の直入射ミラーで反射波長を一致させた実験室光源を用いた軟X線顕微鏡
  • 精密膜厚分布制御成膜法により、基板面内で反射波長が連続的に変化する硬X線ポリクロメーターの実現(放射光施設内の白色ビームラインでの応用)
実用化イメージ

収差が小さく明るい軟X線顕微鏡を実現できます。生物細胞の内部構造の観察や軟X線露光装置に用いるマスクの検査等の用途への適用が期待されます。

研究者

国際放射光イノベーション・スマート研究センター

羽多野 忠  

Tadashi Hatano

イオン移動度分析

ナノ粒子・クラスターのイオンモビリティ質量分析とその応用

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特徴・独自性
  • 高真空中での分子ビーム技術を用いて、今までにない気相小集団化学種(クラスター・ナノ粒子) の質量分析、イオン移動度分析、レーザー光誘起反応、二分子衝突反応の研究を、自作の真空装置を開発して行っている。
実用化イメージ

気相の微粒子の同定や構造決定が必要な材料・環境分野、質量分析やイオンモビリティが重要なプロテオミクスが関係するバイオ関連・製薬業界など

研究者

大学院理学研究科

美齊津 文典  

Fuminori Misaizu

イオンモビリティ

ナノ粒子・クラスターのイオンモビリティ質量分析とその応用

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特徴・独自性
  • 高真空中での分子ビーム技術を用いて、今までにない気相小集団化学種(クラスター・ナノ粒子) の質量分析、イオン移動度分析、レーザー光誘起反応、二分子衝突反応の研究を、自作の真空装置を開発して行っている。
実用化イメージ

気相の微粒子の同定や構造決定が必要な材料・環境分野、質量分析やイオンモビリティが重要なプロテオミクスが関係するバイオ関連・製薬業界など

研究者

大学院理学研究科

美齊津 文典  

Fuminori Misaizu

育種

新規ハイブリッドライス育種基盤

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概要

従来技術との比較

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)を作る技術があります。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ます。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ます。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ます。
実用化イメージ

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%を占めています。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ます。

研究者

大学院農学研究科

鳥山 欽哉  

Kinya Toriyama

簡便・低コスト・高感度な一塩基多型(SNP)分析法による品種判別、種同定、突然変異選抜

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 独自に開発したdot-blot-SNP 分析法や、磁気ビーズ法により、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ます。分析技術の熟練が必要ですが、一度に数千個体の遺伝子型分析を低コストで行うことが可能です。
実用化イメージ

作物育種の現場でのDNA 分析による遺伝子型判定や突然変異体の選抜、さらに、種子の純度検定、品種の同定、異品種混入の同定等に利用することができます。

研究者

大学院農学研究科

北柴 大泰  

Hiroyasu Kitashiba

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。
実用化イメージ

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。

研究者

言語AI研究センター

乾 健太郎  

Kentaro Inui

意識

脳を知れば人間がわかる

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概要

従来技術との比較

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ます。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)として整理されます: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)。
実用化イメージ

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ります。

研究者

加齢医学研究所

杉浦 元亮  

Motoaki Sugiura

意思決定

医療における意思決定への行動経済学的アプローチ

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 医療場面での意思決定において、患者の意向の尊重という名の下に、選択を完全に患者に任せるようなコミュニケーションが少なからず取られています。しかし、意思決定を難しく感じる患者も多く、医学的な観点からは不合理と思われるような選択をするケースも生じます。本研究は、行動経済学のアプローチを医療場面に応用し、患者のバイアスや感情を考慮したより適切な医療コミュニケーションのあり方を探ることを目的として進めています。
実用化イメージ

当該領域は近年アプリ等の活用も進んでいるため、開発を手がける企業との連携の可能性があります。また、治療選択のみならず検診受診やワクチン接種等の行動も扱っているため、行動変容を目指したい自治体等との連携の可能性もあります。

研究者

大学院教育学研究科

吉田 沙蘭  

Saran Yoshida

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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概要

従来技術との比較

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すが、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した。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ます。
実用化イメージ

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します。

研究者

大学院工学研究科

佐藤 裕  

Yutaka Sato

意匠性

窒化物をより均一にコーティングすることが可能

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概要

窒化物コーティングの形成方法
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T18-275.html

従来技術との比較

特徴・独自性
  •  従来開発されている窒化物コーティング方法として、CVD法(化学的蒸着)やPVD法(物理的蒸着)などが知られている。しかし、真空装備による圧力調整や雰囲気置換を行う必要があるため、製造工程が複雑に なり、作業が効率的でないという問題があった。そこで、大気中において基材表面に窒化物をコーティングする技術の開発が行われているが、コーティングにムラが生じるという課題がある。
  •  本発明によって、簡単な工程かつ容易な操作で、窒化物をより均一にコーティングすることができる窒化物コーティングの形成方法を提供することが可能になった。本発明は、コーティング過程と窒化過程とを入れ換え、 既に存在している窒化物に、マイクロ波を利用してコーティングするものである。コーティングがマイクロ波の照射で済む上、従来法で必要であった圧力調整や雰囲気置換が不要なため、大気中で実施可能となる。これ によって、簡単な工程かつ容易な操作で、基材の表面に窒化物コーティングを均一に形成することができる。
実用化イメージ

・生体用・歯科用インプラント部材の製造

研究者

大学院工学研究科

福島 潤  

Jun Fukushima

位相

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。
実用化イメージ

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。

研究者

多元物質科学研究所

百生 敦  

Atsushi Momose

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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概要

従来技術との比較

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ません。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ます。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ますが、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ます。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 干渉計により実現されています。
実用化イメージ

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ます。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ます。

研究者

多元物質科学研究所

百生 敦  

Atsushi Momose

位相回復

放射光計測と高度情報処理の融合による物質機能可視化への展開

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特徴・独自性
  • 放射光を光源とするイメージング・分光技術を駆使することで実用バルク材料全体の構造・元素・電子状態を多元的に可視化することができます。特に、放射光のコヒーレント成分を利活用したコヒーレント回折イメージングは、X 線領域で未踏であったナノスケールでの構造可視化を実現する次世代の可視化計測法として注目されています。また、近年の情報処理技術の発展に伴い、3次元空間に分布する元素・電子状態の情報から構造−機能相関に関する特徴的な情報を抽出することも可能になりつつあります。先進的X線光学技術を駆使した次世代の放射光イメージング・分光法の開拓を基軸とし、高度情報処理技術を活用することで、実用材料の機能を可視化する基盤を構築することを目指します。
実用化イメージ

研究者

国際放射光イノベーション・スマート研究センター

髙橋 幸生  

Yukio Takahashi

一塩基多型(SNP)

簡便・低コスト・高感度な一塩基多型(SNP)分析法による品種判別、種同定、突然変異選抜

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 独自に開発したdot-blot-SNP 分析法や、磁気ビーズ法により、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ます。分析技術の熟練が必要ですが、一度に数千個体の遺伝子型分析を低コストで行うことが可能です。
実用化イメージ

作物育種の現場でのDNA 分析による遺伝子型判定や突然変異体の選抜、さらに、種子の純度検定、品種の同定、異品種混入の同定等に利用することができます。

研究者

大学院農学研究科

北柴 大泰  

Hiroyasu Kitashiba

位置情報

3段階解析で正確な空間情報を抽出!

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概要

人工衛星等で地表面を観測したデータの解析手法です。データ容量の少ない近赤外バンドを用いて洋上浮遊物があると思われるエリア1を特定し,そのエリア近傍2のパンクロマティックバンド画像を作成し、オブジェクトベース解析によって対象物を抽出します。

従来技術との比較

特徴・独自性
実用化イメージ

研究者

大学院農学研究科

米澤 千夏  

Chinatsu Yonezawa

位置センサ

巨大磁歪材料の探索と電子状態の実測による磁歪発現機構の解明

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概要

振動発電、アクチュエータ、位置センサ等に磁歪現象が利用されていますが、巨大磁歪材料の磁歪発現機構は解明されていません。そのため、単結晶を作製して磁歪の符号・大きさ、電子状態について結晶方位依存性を測定して磁歪の発現機構を研究しています。電子状態は放射光を用いて共鳴非弾性X線散乱(RIXS)とX線磁気円二色性(XMCD)で測定しています。

従来技術との比較

巨大磁歪材料の磁歪発現機構は解明されておらず、電子状態直接観測と結び付けた研究はありません。

特徴・独自性
  • このシーズは、下記の特徴を持ちます。
  • ・Fe-Ga 系巨大磁歪材料のブリッジマン法等による単結晶試料の作製。
  • ・放射光を用いた磁性材料の電子状態の直接的な測定。
  • ・磁歪特性と電子状態の結晶方位依存性の測定から巨大磁歪の発現機構の解明。
  • ・磁歪の発現機構に基づく材料探索と結晶方位等の組織制御。
  • ・輸送特性(電気抵抗や磁気抵抗)の異方性と電子状態との関連付け。
実用化イメージ

巨大磁歪の発現起源を理解して結晶方位等の組織を制御することで、磁歪デバイスの高性能化が期待できます。

研究者

金属材料研究所

梅津 理恵  

Rie Umetsu

胃腸炎ウイルス

胃腸炎ウイルス吸着性腸内細菌の活用

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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 本研究室では、ノロウイルスやロタウイルスなど、水を介して感染が拡大する胃腸炎ウイルスを特異的に捕捉する血液型決定抗原様物質陽性細菌が存在することを世界で初めて証明しました。この腸内細菌は、ヒト体内および環境中で、胃腸炎ウイルスの生態に大きな影響を与えているものと考えられています。
実用化イメージ

胃腸炎ウイルス吸着性腸内細菌は細胞へのウイルス感染効率に影響を与えることから、胃腸炎ウイルス吸着性腸内細菌および産生される血液型決定抗原様物質は、プロバイオティクスにおける活用が期待できます。

研究者

大学院工学研究科

佐野 大輔  

Daisuke Sano

一酸化炭素

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、様々な化学種が混在しているガスの成分を同時に定量する技術を開発しています。測定対象化学種の例)オゾンO3、過酸化水素H2O2、窒素酸化物(一酸化窒素/二酸化窒素/五酸化二窒素/亜酸化窒素)NOx、亜硝酸/硝酸HNOx、硫黄酸化物SOx、一酸化炭素/二酸化炭素COx等FTIRを用いた現行の密度定量は、化学種ごとにピークを選択し、標準ガスを用いた校正曲線を作成し、密度定量を行っていました。しかし、この手法では下記のような問題を抱えています。
○校正曲線作成のための人的・設備コストが大きい
○測定条件が変わる度に校正曲線を作り直す必要がある(人的コスト増)
○標準ガスが入手困難な場合、定量出来ない
○スペクトル形状に隠された重要情報を廃棄
本技術は、上記の問題を全て解決し、標準ガスによる校正作業を行うことなく、20種を超える化学種の同時定量を可能にします。

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

佐々木 渉太  

Shota Sasaki

一酸化窒素

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、様々な化学種が混在しているガスの成分を同時に定量する技術を開発しています。測定対象化学種の例)オゾンO3、過酸化水素H2O2、窒素酸化物(一酸化窒素/二酸化窒素/五酸化二窒素/亜酸化窒素)NOx、亜硝酸/硝酸HNOx、硫黄酸化物SOx、一酸化炭素/二酸化炭素COx等FTIRを用いた現行の密度定量は、化学種ごとにピークを選択し、標準ガスを用いた校正曲線を作成し、密度定量を行っていました。しかし、この手法では下記のような問題を抱えています。
○校正曲線作成のための人的・設備コストが大きい
○測定条件が変わる度に校正曲線を作り直す必要がある(人的コスト増)
○標準ガスが入手困難な場合、定量出来ない
○スペクトル形状に隠された重要情報を廃棄
本技術は、上記の問題を全て解決し、標準ガスによる校正作業を行うことなく、20種を超える化学種の同時定量を可能にします。

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

佐々木 渉太  

Shota Sasaki

イットリウム鉄ガーネット

新規磁性ガーネット膜の開発

概要

磁性ガーネットの作製を行っています。磁性ガーネットは、磁性を持ったガーネット構造を持った材料のことを指します。磁性ガーネットの中でも、特に、YIG(イットリウム鉄ガーネット)のYサイトを、CeやBiといった希土類材料で置換し、磁気光学効果を増大した材料を作製しています。作製方法は、イオンビームスパッタ法を用いており、緻密な膜の作製が可能です。エピタキシャルな膜作製が可能です。

従来技術との比較

エピタキシャルに磁性ガーネットを作製するには、900度程度に、基板加熱を行いながら、成膜を行う必要があるため、専用の装置を必要とします。

特徴・独自性
  • 磁性ガーネット膜の作製が可能です。磁性ガーネットは、YIG(yttrium iron garnet, Y3Fe5O12)を基本組成とし、このYのサイトに、他の元素を置換することで、磁気光学効果が大きくなったり、高周波(スピン波)の応答が変わったりします。私は、このYサイトに、Ce、Bi、Dy、などの希土類を置換することで、大きな磁気光学効果を持つ材料を作製しています。これを用いたデバイス応用についても取り組んでいます。
  • さらに、磁気異方性を制御することが、デバイス応用上重要となりますが、これを、イオンビームスパッタ法の場合は、成膜中に、調整することが可能になるため、応用上有利です。さらに、磁気ドメインをもつ膜にしたり、磁気光学効果を大きくしたりすることが可能で、デバイスに合わせた材料の設計と作製と試作が可能です。
実用化イメージ

・磁性ガーネットを利用したデバイスプロトタイプの性能を向上し、実用化製品の開発研究。
・磁性ガーネットを利用した磁気光学あるいはスピン波に関する基礎的な共同研究。

研究者

電気通信研究所

後藤 太一  

Taichi Goto