東北大学 研究シーズ集

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〈インフラ〉

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〈ウイルス〉

大気圧プラズマ流による次世代滅菌法の開発

 
 
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　プラズマ滅菌は化学反応性、大気圧低温、低消費電力、低コスト、安全などの利点を有するため、既存の滅菌法の代替滅菌法として開発が進められている。本研究室では、様々な大気圧低温プラズマ流に対して、化学種生成輸送機構や滅菌効果について解明してきた。図１に示すように大腸菌にプラズマを照射すると、細胞内部よりカリウムが漏出してくる現象や細胞の高さが減少し変形することなどを明らかにしている。また、図２に示すように細管内部にプラズマを非一様に生成し、誘起される流れにより化学種を輸送して細管内壁を滅菌する手法を開発している。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。

流体科学研究所
佐藤 岳彦 教授 工学博士
SATO, Takehiko Professor
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〈ウェアラブルセンサ〉

運動リハビリ・健康支援のためのウェアラブルシステムの開発

 
 
 
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特徴・独自性
事故や病気などによる脳や脊髄の損傷により生じた運動機能の麻痺や、高齢による運動機能の低下に対して、機能的電気刺激（FES）を応用した手足の動作の補助・再建・訓練する技術、慣性センサ（ジャイロセンサや加速度センサ）による計測・評価技術の研究開発を行っています。ウェアラブルシステム化、運動学習のリハビリテーションへの応用、運動機能評価・運動効果判定システム、個人に適した運動プログラム提供を目指しています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
電気刺激を用いた新しい運動リハビリ法、運動訓練時の情報提示、運動訓練機器や訓練方法の定量的評価など、健康・福祉、リハビリテーション医療に関する分野への応用が期待されます。

医工学研究科
渡邉 高志 教授 博士（工学）
WATANABE, Takashi Professor
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〈ウェハレベルパッケージング〉

MEMS・マイクロマシンと微細加工技術に関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
情報機器の入出力や自動車の安全のために用いられるMEMSと呼ばれるマイクロデバイス／システムの研究を行っています。集積化センサ、圧電デバイス、高周波MEMS、過酷環境センサ、マイクロエネルギーデバイス、ウェハレベルパッケージなどの研究に実績があります。リソグラフィ、エッチング、成膜、ウェハ接合、実装、各種評価のための装置を多数揃え、研究者自身が操作して研究できる開かれた実験環境を提供しています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
これまでに多くの企業から研究員を受け入れ、産学共同研究を行うとともに、スポット的に装置を利用頂くような支援も積極的に行っています。豊富な資料・データに基づき、随時、技術相談を受け付けています。

工学研究科　バイオロボティクス専攻
田中 秀治 教授 博士（工学）
TANAKA, Shuji Professor
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高性能な小型センサ・アクチュエータの設計、製造とテスト

 
 
 
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特徴・独自性
金属ガラスやナノ構造などの新しい種類の材料をマイクロテクノロジと統合して、音響センサやアクチュエータ、熱電発電およびウェハレベルパッケージ等の新規デバイスの研究/開発を行っている。これらはマイクロ・ナノ・エレクトロ・メカニカル・システム（MEMS / NEMS）と呼ばれ、今日のスマートフォンや自動運転、ドローン等に欠かせない技術となっている。学内外のパートナーと連携して基礎的な材料/プロセス技術からパッケージングや信頼性等、産業に移転可能な実用化技術までを開発している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
マイクロシステム分野で幅広い産学連携が可能である。信頼性、歩留り等、重要な項目で産業へ技術移転が可能なレベルにプロセス、デバイス、システムの開発を最適化ができる。 フラウンホーファー研究機構と協力実績があり、産学連携において幅広いプロジェクト要件への対応や複雑なシステムソリューションを提供することができる。

材料科学高等研究所
ヨーク フロメル 准教授 工学博士
FROEMEL, Joerg Associate Professor
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〈動く細胞の静止化〉

ビジュアルサーボ顕微鏡

 
 
 
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特徴・独自性
蛍光顕微鏡は細胞内イオンの定量的可視化や光学顕微鏡の限界を超える観察などに必須の道具である。生物の「行動と神経活動の相関」を計測したい場合、現状では、ターゲットの神経細胞を機械的に固定するか麻酔するかしか方法がない。また、これらの方法では細胞や生物が動かないので，「行動」を計測したことにはならない。私たちは、動く生物を追いかけて神経細胞の活動を蛍光観察する手法を開発した。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
観察しているターゲット細胞群の蛍光強度を観測しながら、細胞群の動き（３次元移動と変形）を自動でキャンセルする画像処理手法を開発した。「生物の運動」と「動く神経細胞活動」を同時に計測できる技術を活用したい企業との共同研究を希望する。

情報科学研究科
橋本 浩一 教授 工学博士
HASHIMOTO, Koichi Professor
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〈齲蝕〉

口腔バイオフィルム機能解析システム：「何がいるか？」から「何をしているか？」まで

 
 
 
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特徴・独自性
歯、舌、口腔粘膜には、500種を超す膨大な数の微生物がバイオフィルムを形成し、齲蝕、歯周病、口臭などの口腔疾患、さらには歯科材料劣化の原因となります。

私どもは、構成菌種や機能（代謝）をメタゲノム、メタボロミクスといったオミクス技術や最新の検出技術で解析すると共に、その多くが嫌気性菌である構成菌を生きたまま取り出し、高度嫌気性実験システムを用いて機能解析を行っています。「何がいるか？」から「何をしているか？」までを知ることで、初めてその制御（予防と治療）が可能となります。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
口腔バイオフィルム性疾患（齲蝕、歯周病、口臭、誤嚥性肺炎など）のリスク診断

・薬剤や食材の口腔バイオフィルム機能への効果

・バイオフィルム性材料劣化の評価

歯学研究科　口腔生化学分野
高橋 信博 教授 博士（歯学）
TAKAHASHI, Nobuhiro Professor
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〈渦状態〉

ナノ磁性体の磁化過程の高感度な電気的検出

 
 
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特徴・独自性
ナノサイズの強磁性体リング構造では、Onion状態とVortex状態という特徴的な磁化状態を有します。特に磁化がリング周に沿うVortex状態では、リング端からの漏洩磁場が抑制され、かつ磁気モーメントの回転方向により右/左回り磁化状態（カイラリティ）を有することから、高密度磁気記録媒体への応用が期待されています。外部から印加する面内磁場方向を端子が接続されているリングの対称軸からずらすことで、Vortex状態のリングカイラリティを電気的に検出可能であることを理論・実験から明らかにしました（図１）。また、半導体ホール素子上に単一磁性体リングやディスクをのせることにより、SQUID等を用いることなく高感度に磁性体の磁化反転過程を検出することに成功しました（図２）。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
高感度磁場センサーや高密度磁気記録媒体への応用が考えられます。興味あるエレクトロニクス・材料関連企業へ学術指導を行います。

工学研究科
新田 淳作 教授 工学博士
NITTA, Junsaku Professor
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〈渦電流探傷〉

構造物適応型の電磁誘導非破壊検査システム実用化開発

 
 
 
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特徴・独自性
エネルギープラントに代表される大規模複雑システムの保全の最適化を目標として、センシング技術とインテリジェント材料の開発および材料の評価技術開発の研究を実施している。材料中の欠陥を電磁現象を用いて非破壊的に診断するための研究を進めている。材料中に生じる電磁現象の微少な変化を電気的な信号として検知し、欠陥の位置や形状を求めることのできる知的なセンシング法の研究を実施している。また、材料の劣化を電磁的に評価する方法についての研究を進めている。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
非破壊検査やモニタリングを必要とする企業や研究機関との共同研究を希望する。

流体科学研究所
高木 敏行 教授 工学博士
TAKAGI, Toshiyuki Professor
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〈運動〉

運動リハビリ・健康支援のためのウェアラブルシステムの開発

 
 
 
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特徴・独自性
事故や病気などによる脳や脊髄の損傷により生じた運動機能の麻痺や、高齢による運動機能の低下に対して、機能的電気刺激（FES）を応用した手足の動作の補助・再建・訓練する技術、慣性センサ（ジャイロセンサや加速度センサ）による計測・評価技術の研究開発を行っています。ウェアラブルシステム化、運動学習のリハビリテーションへの応用、運動機能評価・運動効果判定システム、個人に適した運動プログラム提供を目指しています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
電気刺激を用いた新しい運動リハビリ法、運動訓練時の情報提示、運動訓練機器や訓練方法の定量的評価など、健康・福祉、リハビリテーション医療に関する分野への応用が期待されます。

医工学研究科
渡邉 高志 教授 博士（工学）
WATANABE, Takashi Professor
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培養筋細胞を運動させる

 
 
 
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特徴・独自性
培養ディッシュ上で活発に収縮活動する培養筋細胞系を作製しました。既存の培養系で得られる培養筋細胞は、収縮能力が全く未熟であるため、代謝能力も貧弱で、マイオカイン分泌もありませんでした。「運動できる培養筋細胞」を利用することによって、これまで動物実験に依存していた骨格筋の研究を培養細胞系へと移行させることが可能になります。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
筋肉細胞とその運動効果を治療標的とした新たな薬剤の探索が飛躍的に加速されるものと期待されます（２型糖尿病治療・筋萎縮予防・運動効果の増強・筋の健康維持を促す薬剤のスクリーニングなど）。

医工学研究科
神崎 展 准教授 博士（医学）
KANZAKI, Makoto Associate Professor
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〈運動解析〉

生体用モーションキャプチャシステムの開発

 
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特徴・独自性
生体に関する様々な運動を非接触かつ非侵襲的に計測することが可能な生体用モーションキャプチャシステムの開発を行っています。口腔内など遮蔽された空間でも利用可能な磁気式システムでは、最新の磁気工学技術によるLC共振型磁気マーカを利用し、外部からの磁場印加によるシステムのワイヤレス化を実現しました。さらに光学式システムでは小型軽量の赤外線反射マーカを利用し、250ヘルツにて50箇所までリアルタイムでの同期的計測が可能なシステムの開発に成功しています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
本システムでは生体に関する様々な動作解析が可能で、非接触かつ非侵襲的な動作解析を必要とする診断・医療機器などへの応用が可能です。条件に合わせてシステムを特化することもできるので、本システムを活用したい企業や団体との共同研究を希望します。

歯学研究科　歯学イノベーションリエゾンセンター
金高 弘恭 准教授 博士（歯学）
KANETAKA, Hiroyasu Associate Professor
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動きをとらえる高速リアルタイムビジョン技術

 
 
 
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特徴・独自性
産業応用において視覚処理・画像認識はますます重要な技術となっています。視覚は第一義的には姿・形をとらえる感覚ですが、それと同時に「動き」をとらえる感覚でもあります。当研究室では、動きをとらえるセンサとしてのビジョン技術という視点から、高フレームレートビジョンシステムとその応用、LEDや高速プロジェクタ等の能動照明との連携、加速度センサ等の他のセンサとの情報融合などについて研究を進めています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
運動する対象の計測全般において、高フレームレートビジョンは強力なツールとなります。さらに高速プロジェクタや他のセンサと組み合わせることにより、3次元計測や動物体検出・同定などの技術が展開できます。

情報科学研究科
鏡 慎吾 准教授 博士(工学)
KAGAMI, Shingo Associate Professor
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〈運動介入〉

スマート・エイジング実践法の開発

 
 
 
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特徴・独自性
健康長寿社会の実現をめざし、個人が多様で複雑な社会の中で、脳と心の健康を維持・向上させ、発達・加齢の各段階で健やか、且つ、穏やかな心を保つことを可能とする、様々な技術開発を、脳機能イメージング研究、認知科学、心理学などの基礎研究の知識と技術を応用して行います。健康な社会生活を送っている人たちが、より幸せな人生を歩むことができることを目的としていることが最大の特徴です。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
生活の質向上、認知機能維持・向上、ストレス軽減、コミュニケーションスキル向上などを可能とするシステム開発を目指すため、医療・福祉、教育、情報・通信、生活に関する製造業全般との産学連携を想定しています。

加齢医学研究所　スマート・エイジング国際共同研究センター
川島 隆太 教授 医学博士
KAWASHIMA, Ryuta Professor
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〈運動生理学〉

ポジトロン断層法（PET）を用いた機能・分子イメージング研究

 
 
 
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特徴・独自性
PETを用いた機能・分子イメージングでは、生体（ヒト、動物）の臓器（脳、心臓、筋肉など）の代謝、血流、情報伝達機能等を、生きたままの状態で外から測定することができる。この特徴を生かして、疾患（がん、認知症など）の早期診断や薬物作用の研究が可能となる。また、健康増進科学の研究にも応用可能であり、運動や代替医療など、多様な応用分野を展開している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
薬物副作用の研究や代替医療の治療効果評価研究では多くの実績があり、方法論の蓄積がある。他に、運動による健康増進効果や代替医療、健康食品等の代謝効果に関する研究が展開できる。

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター　サイクロトロン核医学研究部
田代 学 教授 医学博士
TASHIRO, Manabu Professor
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〈運動ニューロン〉

筋萎縮性側索硬化症（ALS）に対する肝細胞増殖因子（HGF）を用いた治療法の開発

 
 
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特徴・独自性
筋萎縮性側索硬化症（ALS）は成人発症の神経変性疾患で、脳から脊髄に至る運動ニューロンの系統的変性脱落によって全身の筋力低下・筋萎縮をきたし、やがて呼吸不全に至る過酷な疾患である。ALSに対する治療法開発のため、東北大学神経内科では世界に先駆けてラットによるALSモデル動物の開発に成功した（Nagai M, et al. J Neurosci 2001）。このALSラットに対してヒト型遺伝子組換えHGF蛋白の脊髄腔内持続投与を行ったところ、発症期からの投与開始でも運動ニューロンの脱落変性を抑制し、疾患進行を大幅に遅らせることに成功した。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
大阪大学発のベンチャー企業であるクリングルファーマ社と共同でヒトに使用可能なGMP基準のヒト型リコンビナントHGF蛋白による非臨床試験が終了し、東北大学病院臨床研究推進センターの協力の下で2011年7月からフェーズI試験が開始されている。さらにフェーズII試験の準備を行っている。今後は大手製薬企業とも連携する予定である。

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
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〈運動立体視〉

脳型計算機ハードウェアの開発と視覚情報処理への応用

 
 
 
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特徴・独自性
生体の優れた視覚機能を模擬した視覚情報処理システムの実現に向けて、運動視に基づく空間認識の神経回路網モデルの構築とその集積回路化について研究している。このモデルでは、対象物の移動方向と速度を知らなくても、到達時間・平面方位・最短距離を検出できる。このモデルを実時間で実行するために試作した集積回路は電力効率に優れ、従来の計算機の100分の1以下の消費電力で動作する。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
近年、インフラ点検・農業・物流の効率化を目的としたドローンの需要が急速に伸びている。本研究成果を応用することで、周囲の空間を正確に把握して衝突することなく自律的に飛行するドローンの実現が見込まれる。

電気通信研究所
佐藤 茂雄 教授
SATO, Shigeo Professor
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〈運動量空間波動関数〉

電子線コンプトン散乱を利用した物質内電子運動の可視化

 
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物質の中ではいろいろな種類の電子が様々に運動しており、それが物質の性質を決めている。当研究室は、高速電子線を励起源とするコンプトン散乱を用いて物質内電子のエネルギーと運動量を測定する新しい分光計測法を開発し、反応性や機能性など物質が持つ多様な性質の起源の解明を目指している。

主な研究内容：
(1) 分子座標系電子運動量分光の開発による分子軌道の運動量空間イメージング
(2) 多次元同時計測分光の開発による電子・分子衝突の立体ダイナミクスの研究
(3) 時間分解電子運動量分光の開発による過渡的な物質内電子運動の変化の可視化

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。また、本研究に関して興味のある企業へ学術指導を行う用意がある。

多元物質科学研究所
髙橋 正彦 教授 理学博士
TAKAHASHI, Masahiko Professor
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え

〈ALIS〉

地雷検知センサー

 
 
 
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特徴
ALIS（エーリス）は東北大学が開発した人道的地雷除去用の地雷検知センサーです。金属探知機とGPR（地中レーダ）を組み合わせた日本初のハンドヘルド型デュアルセンサーであり、操作員が手動で操作し土に埋まった地雷を3次元的に画像化できる世界で唯一のセンサーです。ALISプロトタイプはカンボジアで80個以上の地雷を検知・除去に成功しました。小型軽量の国産唯一の地雷検知センサーです。

産学連携の可能性
地雷除去の他、埋設物検知など

東北アジア研究センター
佐藤 源之 教授 工学博士
SATO, Motoyuki Professor
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〈永久磁石モータ〉

電気モータの高性能化と応用に関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
モータは現代社会に欠かせない道具であり、今後ともその需要は増大するものと考えられる。ここでは、小型で高出力かつ高効率なモータの開発を目的として、①モータの解析・設計手法の確立、②モータの最適制御手法の確立、③電気自動車への応用、④回転エネルギー回生技術の応用などを行っている。独自に開発した磁気回路網解析、磁石レスのスイッチトリラクタンス（SR）モータの高性能化、インホイールダイレクトドライブ電気自動車に技術的な特徴がある。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
電機メーカや自動車メーカ、磁性材料メーカとの産学連携を想定している。磁場解析・回路解析・制御系解析など、回転機の設計に必要な基礎技術を持っているので、特殊用途のモータや発電機の開発にも対応できる。

工学研究科
一ノ倉 理 教授 工学博士
ICHINOKURA, Osamu Professor
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