東北大学 研究シーズ集

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〈越境環境問題〉

アジアにおける廃棄物の適正処理と都市鉱山政策に関する研究－国際資源循環と越境環境問題を中心に－

 
 
 
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特徴・独自性
近年、アジア諸国における廃棄物処理及びリサイクルのマーケットが急速に拡大しており、いわゆる「静脈産業」、「都市鉱山」分野の潜在力が注目されている。本研究の目的は使用済み自動車、使用済み小型家電、容器包装、生活系廃棄物などを対象として、各国における廃棄物処理、リユースネットワーク、リサイクルプロセスを比較分析した上、それぞれの政策評価を行い、国際資源循環の可能性と越境環境問題の解決策を探ることである。特に各国の社会・経済・環境システムの特徴と課題を考慮し、有価物のみならず、資源化効率の低い再生資源、生活系廃棄物などの総合的な廃棄物処理と再資源化政策を提案する。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
アジア各国の動脈産業及び静脈産業における国際資源循環の連携について実践的試みを継続して行っており、人、情報、モノのネットワーク構築のための、基礎調査（Feasibility Study） 、技術指導、人材育成、環境管理システム及び新しいビジネスモデル構築などの支援ができる。

国際文化研究科　国際環境資源政策論講座
劉 庭秀 教授 博士（都市・地域計画）
YU, Jeongsoo Professor
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〈Ｘ線〉

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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〈eduroam〉

多様なアクセス制御方式をもつネットワークローミングシステム

 
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特徴・独自性
認証基盤に基づく無線LANローミング環境で、ユーザ属性情報を用いて多様なアクセス制御を実現する方式を開発している。802.1x方式による大学間無線LANローミングeduroamを運用しつつ、認証結果によりアクセス制御方式の改良提案と実証評価を行う。ユーザの所属情報に従いOpenFlow技術を用いて収容ネットワークを選択したり、予め設定した属性データによりアクセス権限を制御したりできる技術を含んでいる。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
ネットワークアクセス制御と認証応用の結合は、利用者ごとにネットワーク利用のサービスや優先度を変更できる耐災害ネットワーク構築技術に応用できる。無線LANアクセスサービスの多様化を可能とする基盤技術として利用できる。

サイバーサイエンスセンター
曽根 秀昭 教授 博士（工学）
SONE, Hideaki Professor
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〈江戸博物学〉

江戸博物学の成果から動植物分布・環境の変遷を探る

 
 
 
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　動植物の命名記載の学としての博物学が隆盛を極めた18世紀から19世紀初頭に、欧米以外では唯一、日本が独自の博物学を発達させ、広く動植物の情報を収集整理していた。その成果を現代に役立てる研究である。即ち、江戸博物学の膨大な文献と明治期以降の資料を合わせて、ファウナとフローラの変遷を読み解くに足る資料を抽出し、現在の分類学の見地から再整理し、我が国と周辺地域におけるその変遷を極力具体的に明らかにしようとしている。
　例えば鳥では、旧ロシア帝国のシベリア開発と日本による千島開発の試みが行われた時期に、我が国のガン類の渡来状況が一変していることが通時的に把握できる。環境の人為的改変や気候の変動が生じる前後の自然環境の変化を歴史的に極力客観的に記述することは、保全すべき、あるいは再構築すべき環境の姿を描き出す一助となる。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。

国際文化研究科
鈴木 道男 教授 博士（国際文化）
SUZUKI, Michio Professor
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〈ＮＰＰ〉

衛星によるＰＭ2.5を含む越境大気汚染モニタリング

 
 
 
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特徴・独自性
米国の地球観測衛星アクア、テラ、NPP等を直接受信し、独自の多次元画像解析方法を開発している。図は中国大陸を発生源とする大気汚染（黄）と黄砂（赤）である。2014年2月23日に黄海に溜まった大気汚染物質は24日に朝鮮半島を越え、一部は九州北部に達し、25日には本州に到達していることが分かる。シミュレーションとは違い実際の観測によるため信頼性が高い。地上の化学分析と照合することで大気汚染物質にＰＭ2.5が含まれていることが分かった。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
深刻な大気汚染の影響を受けている地域では、この研究を併用することで状況の正確な判断と予測が可能になるので、その関係の企業・団体・業界等との連携を期待している。

東北アジア研究センター
工藤 純一 教授 工学博士
KUDOH, Jun-ichi Professor
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〈エネツーリズム〉

温泉熱・排熱を活用した小型メタン発酵システムと資源循環構築

 
 
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特徴・独自性
メタン発酵とは、生ゴミや糞尿などから嫌気性微生物によって、エネルギーであるメタンガスを得るものである。本研究では、メタン発酵の効率化に重要とされる発酵槽の加温に、温泉熱や工場等からの排熱を利用することで、加温にかかる消費エネルギーを削減し、小型のメタン発酵でもエネルギー収支をプラスにするシステムが構築できる。また、小型にすることで初期投資を小さくし、一企業等でも購入可能な価格帯にし、分散型エネルギー生産を可能にすること、また、消化液の液肥利用による資源循環を構築するものである。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
食品工場、飲食店、ホテル・温泉旅館など。これまで生ゴミ処理コストを要している企業。熱やエネルギー生産をしたい企業。宮城県鳴子温泉では、ガス灯の燃料に温泉街のゴミからできるガスを利用している。

農学研究科
多田 千佳 准教授 農学博士
TADA, Chika Associate Professor
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〈エネルギー〉

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。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
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。

材料科学高等研究所/金属材料研究所
折茂 慎一 教授 博士（学術）
ORIMO, Shin-ichi Professor
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〈エネルギー・環境問題〉

エネルギー・環境問題の解決に向けたマルチフィジックス・マルチスケールシミュレーションによる材料設計

 
 
 
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特徴・独自性
エネルギー・環境問題の解決のためには、燃料電池、リチウムイオン電池、トライボロジーなどの多様な研究分野において高機能・高性能材料の開発が必須です。特に、近年の材料技術は、ナノスケールにおける化学反応とマクロスケールの多様な物理現象が複雑に絡み合ったマルチフィジックス・マルチスケール現象であることが知られています。久保研究室では、量子論に基づくマルチフィジックス・マルチスケールシミュレータを世界に先駆けて開発するとともに、スーパーコンピュータ「京」と金属材料研究所のスーパーコンピュータの活用により、理論に基づく高精度な材料設計を推進しています。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
久保研究室で開発した量子論に基づくマルチフィジックス・マルチスケールシミュレーション技術の活用により、自動車、機械、電力、エレクトロニクス、材料、金属、化学などの多様な企業における材料開発を、高精度な理論に基づき高速化することで、エネルギー問題・環境問題の解決に向けた貢献を目指しています。

金属材料研究所
久保 百司 教授 博士（工学）
KUBO, Momoji Professor
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〈エネルギー産生量〉

代謝解析装置の開発

 
 
 
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　生体の代謝状態を的確かつ簡便に測定することができるように構成した生体の代謝状態を解析する装置及録媒体に関する発明であり、任意の時点と異なる２時点間での脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量を換算するソフトウエアを備える点に特徴を有する（特許第３８４８８１８）。
　前記健康管理に有益な指針情報として、身体インピーダンスの計測値に基づく任意の１時点における代謝状態を表す指標と、異なる２時点における代謝状態を表す指標（脂肪組織における酸素消費量とエネルギー産生量）を算出できる点に特徴を有する。本算出法は既存の体脂肪計に備えられている基礎代謝量の推定換算方法とは全く別の算出式を使用し、より高精度である。本装置の解析ソフトは、インピーダンス値や除脂肪量を算出する装置に追加して備えることも可能である。
　本発明（特許）を活用して事業化を企てる企業または出資者・開発支援者を求めている。

医工学研究科
野々垣 勝則 教授 医学博士
NONOGAKI, Katsunori Professor
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〈エネルギーシステム〉

持続可能なエネルギーシステムの統合デザインと分析

 
 
 
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特徴・独自性
時間軸と空間軸からみたエネルギー社会の将来を明らかにすることを目的とする。一次エ持続可能なエネルギーシステムを地域社会に実装することをめざします。過去から現在、未来に至る「時間軸」、地域社会のエネルギー需給の特徴や偏在を明らかにする「空間軸」。この基軸に、エネルギー効率、CO2排出量等の「技術指標」と、脱炭素、豊かさ、経済性、セキュリティ、レジリエンス等の「価値指標」、さらにエネルギーシステムの「資源」「変換技術」「需要部門」のセクターカップリングを加えた、統合最適化手法を開発して、地域社会にふさわしいエネルギーシステムをデザインします。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
スマートシティのデザイン、持続可能なエネルギーシステムの統合デザイン、地域エネルギービジネスおよびマネジメント力の強化。

工学研究科　技術社会システム専攻
中田 俊彦 教授 工学博士
NAKATA, Toshihiko Professor
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〈エネルギー消費量〉

ウェラブルセンサを用いた身体活動の評価

 
 
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特徴・独自性
身体活動時に装着した加速度センサをはじめとするウェラブルセンサの信号処理により身体活動の評価を行う研究。これまでに気圧センサと加速度センサにより、階段や坂道昇降の評価を可能とするアルゴリズム、加速度信号から歩幅を評価するアルゴリズムを提案、実証している。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
通信機能の搭載あるいはスマートフォンなどへの実装により操作フリーで情報を処理し、わかりやすくユーザーに提示することが可能である。健康やスポーツ活動のモニタリングに利用可能である。

医工学研究科
永富 良一 教授 博士（医学）
NAGATOMI, Ryoichi Professor
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〈エネルギー変換〉

熱音響現象の理解と応用

 
 
 
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特徴・独自性
温度境界層程度の狭い流路を伝搬する気柱音波は、音響パワーの自発的な生成や増幅、また低温生成などの多様な熱的現象を引き起こします。これら熱音響現象を実験的に理解し、固体ピストンなどの可動部品のない熱機関へ応用することに取り組んでいます。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
音波エンジンは外燃機関ですから、産業排熱や太陽光エネルギーを熱源として利用可能です。
音波クーラーはフロンを使用しない冷却技術です。

工学研究科
琵琶 哲志 教授 博士（工学）
BIWA, Tetsushi Professor
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〈エネルギー変換回路〉

AIチップが切り拓く賢い省エネと安全の輸送技術

 
 
 
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特徴・独自性
遠藤研究室では、これまで提案し研究してきた①高効率のパワーデバイス＆パワー制御回路技術、②スピン素子を融合した極限省エネな知的集積回路＆パワーマネジメント技術、③３次元構造デバイスによる極限集積システムのための新規材料プロセス技術（プラットフぱォーム構築）をコア技術として、パワーエレクトロニクスと知的ナノエレクトロニクスの融合技術へと発展・展開させ、更なる高性能化と省エネ化の両立という社会的要請に応える新しいグリーンパワーエレクトロニクス領域を創出することを目指しシステムアーキテクチャ、回路、デバイス、CADまでの研究・開発を、一貫して行っています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界）
省エネデバイスとパワーデバイスおよびその集積回路技術をコアとして、革新的な高効率エネルギー変換、高度パワーマネジメントの創出を目指し研究開発を行っています。本研究に興味のある企業や団体との共同研究を希望します。

工学研究科/国際集積エレクトロニクス研究開発センター
遠藤 哲郎 教授 工学博士
ENDOH, Tetsuo Professor
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〈エネルギー有効利用〉

高度リサイクルと環境保全技術の開発

 
 
 
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特徴・独自性
鉄鋼、銅、亜鉛など基幹金属の製精錬には、多量の資源が使用されており、これらのプロセス改善はエネルギーや環境問題の解決に直結する重要課題である。一方、新興国の生産量急増は、優良資源の枯渇化をもたらしている。本研究室では、劣質資源の特徴を積極的に利用し、金属生産プロセスの高効率化、低環境負荷化を行うため、原料予備処理から製錬、リサイクルまでの一貫したプロセスに関する基礎研究を行っている。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
鉄鋼および非鉄金属製錬に関連する業界、バイオマスや廃棄物エネルギーの有効利用プロセス開発への展開など。

環境科学研究科
葛西 栄輝 教授 工学博士
KASAI, Eiki Professor
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〈エピトープ〉

腫瘍特異的モノクローナル抗体の開発

 
 
 
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特徴・独自性
近年、抗体医薬の開発が活発であるが、既存の抗体医薬品は正常組織にも発現するタンパク質に対する抗体であり、副作用が問題になる。この問題を解決するため、腫瘍細胞の特異的糖タンパク質、糖鎖、変異型タンパク質などの分子標的に対する特異的モノクローナル抗体を効率的に産生する技術を開発した。この技術により開発した抗体は腫瘍特異的であるため、副作用を低減した抗体医薬の開発を促進させることができる。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
腫瘍マーカーや抗体医薬の開発を飛躍的に加速させる。

医学系研究科　地域イノベーション分野
加藤 幸成 教授 博士（薬学）
KATO, Yukinari Professor
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〈FES〉

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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〈MRI〉

脳MRIデータベースを用いた発達、加齢に関する研究

 
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特徴・独自性
遺伝要因、生活習慣がそれぞれ脳発達、加齢にどのような影響を与えるかを明らかにすることで、生涯健康脳の維持を目指す。これが明らかになることで、ある遺伝的素因を持つ個々人がどのような生活習慣を送ると、生涯健康脳が維持できるかが明らかになり、認知症等、種々の疾患の一次予防、二次予防が可能になる。更に、独自性は世界でも屈指の大規模脳MRIデータベースを用いる点にある。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
運動、睡眠、食品、楽器、その他の趣味に関わる業種といった、種々の生活習慣に関わる製品を開発している業界が該当すると考えられる。

加齢医学研究所
瀧 靖之 教授 医学博士
TAKI Yasuyuki Professor
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リチウムイオン電池・燃料電池のイオン物性計測

 
 
 
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特徴・独自性
固体中のイオンの動きに関する基礎的な研究の知識と技術を活かし、リチウムイオン電池や燃料電池、さらには次世代革新電池の開発に必要な材料評価・特性評価・劣化評価などの研究を進めています。また、安全で長寿命な夢の電池である全固体リチウム電池の試作と評価も行っています。
主な研究内容
1.全固体薄膜リチウム電池の研究
2.MRIによるリチウム電池・燃料電池内部の可視化技術開発
3.リチウムイオン電池の劣化診断技術の開発

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
リチウムイオン電池や燃料電池およびその材料の研究開発や劣化診断・安全性評価などの技術相談や共同研究を行っています。全固体薄膜電池の技術を応用したマイクロ電池開発にも協力いたします。

多元物質科学研究所
河村　純一 教授 理学博士
KAWAMURA, Junichi Professor
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〈LC/ESI-MS/MS〉

メタボロミクスによる診断マーカー探索

 
 
 
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特徴・独自性
種々の先天性代謝異常や肝胆道系疾患によってコレステロールの恒常性が破綻すると、体液中のコレステロール代謝物プロファイルが変化し、増加した代謝物が抱合体として血液や尿中に現れる。抱合形式毎に特徴的なフラグメントパターンを活用し、LC/ESI-MS/MSを用いて、特定の抱合型代謝物を群特異的かつ網羅的に解析可能となった。この手法を用いることにより、様々な疾患の診断マーカー候補分子を効率的に探索できる。

産学連携の可能性（想定される用途・業界）
候補分子の診断マーカーとしての有用性が検証された場合、スクリーニング検査が必要になる。抗体や酵素を用いたバイオアッセイ系の開発において企業と連携する可能性がある。

病院
眞野 成康 教授 博士（薬学）
MANO, Nariyasu Professor
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