東北大学 研究シーズ集

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「は」行の研究テーマ  (48件)

パームオイル廃液(POME)の高効率の新規メタン発酵プロセスの創成

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現在、マレーシアとインドネシアの2ヶ国は世界のパームオイル生産量の86%を占め、大量に排出されるパームオイル廃液 (POME) はラグーン (安定化池) で不適切に処理され、表層水・地下水汚染や悪臭問題を引き起こしているだけでなく、メタンガスを大気中に放出して温暖化を加速させている。本研究は、メタン発酵の技術的・微生物科学の卓越した蓄積を有する日本の研究機関コンソーシアム (東北大学、産総研、国環研) が、マレーシア、インドネシアの研究機関 (SIRIM、BPPT) と国際共同研究体制を構築して、現地一体型の実証実験によって、POMEを高効率で処理する新規の高性能メタン発酵技術を創成することである。我々は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。

未来科学技術共同研究センター
原田 秀樹 教授 工学博士
HARADA, Hideki Professor

バイオLSIの開発

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特徴・独自性
微細加工と局所表面での化学反応を利用し、生体物質を固定した新しい集積型バイオデバイスを作製するための基盤技術開発を展開しています。この度、生体材料の電気化学的応答を、1ピコアンペアレベルで迅速にしかも網羅的に解析できる超高感度多点電気化学バイオLSIを開発いたしました。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
バイオLSIを用いると、DNA、タンパク質、細胞の機能を網羅的に解析することが可能であり、次世代のバイオアレイへと展開できます。また、iPS細胞、ES細胞からの筋肉、心筋、神経細胞等への分化や、細胞の呼吸活性、遺伝子発現活性の解析にも使用できます。このバイオLSIは、先端融合イノベーション創出拠点事業で開発されたものであり、バイオLSIおよびその制御システムを貸し出します。興味のある方は下記にご連絡下さい。
sentan-bio01@mems.mech.tohoku.ac.jp

環境科学研究科
末永 智一 教授 薬学博士
MATSUE, Tomokazu Professor

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

バイオ燃料生産に適したイネの開発研究

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特徴・独自性
セルラーゼ遺伝子を用いたバイオ燃料生産に適したイネの開発研究を行っている。収穫前にセルラーゼを高発現させ細胞壁の部分分解を行えば、収穫後の稲わらの糖化性が向上するのではないかと考えた。まず、セルラーゼを恒常的に高発現するイネを作成したところ、稲わらの糖化性が向上したが、形態異常や不稔が観察された。そこで、老化時期特異的にセルラーゼを高発現させたところ、形態や稔性は正常で稲わらの糖化性が向上した。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
未利用稲わらをバイオマスとして有効利用できる。この技術は他の植物に応用可能である。また、改良されている前処理や糖化・発酵微生物と組み合せることによりさらにバイオ燃料生産の効率化が図れる。

農学研究科
伊藤 幸博 准教授 農学博士
ITO, Yukihiro Associate Professor

newバイオミメティック材料・自己組織化

1)特徴・独自性
当研究室では、①生物から得られたヒント(材料デザイン)を基に、②ナノ材料や機能性高分子などの合成物を、③自己組織化や自己集合という低エネルギープロセスで形作ることで、生物に学び(Biomimetic)、生物と融合し(Biohybrid)、最終的には人工材料と生物デザインにより生物を超える(Metabio)材料の作製を目指しています。

2)産学連携の可能性
細胞培養・分離・イムノアッセイ等のバイオ分野、構造材料・接着材料等の高分子分野、ナノ粒子等のナノ材料分野、燃料電池・金属空気電池等のエネルギー分野の企業との産学連携



材料科学高等研究所
藪 浩 准教授 博士(理学)
YABU, Hiroshi Associate Professor

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

パウダージェットデポジション:PJD

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特徴・独自性
高精度に微粒子を噴射し、成膜することのできるデジタル式パウダージェットデポジション装置を開発し、室温、大気圧環境下でセラミックス厚膜を成膜することができる。さらに、ハイドロキシアパタイト(HAp)微粒子を、人の歯の表面(エナメル質)に高速で衝突させることにより、HAp厚膜を成膜することに世界で初めて成功した。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
新しい歯質の再構築を可能にするもので、虫歯治療や予防、審美の分野において、従来の歯科治療を根本から変える技術として注目されている。


企業との共同研究を積極的に行っております。企業から研究員を受け入れ、加工原理から実際の製品応用までの実用的な指導を行います。また企業からの技術相談は随時お受け致します。さらに、精密加工研究会、ナノ精度機械加工専門委員会を主宰し、企業との交流、連携を図っております。

医工学研究科
厨川 常元 教授 工学博士
KURIYAGAWA, Tsunemoto Professor

破骨細胞が関与する疾患の予防剤又は治療剤

特徴・独自性
我々は破骨細胞の活性を指標としたライブラリースクリーニングの研究により、ニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)の阻害薬が破骨細胞分化を抑制することを明らかにし、その中でも特にα7-nAChRの拮抗作用をもつmethyllycaconitine(MLA)等の選択的拮抗薬が、破骨細胞分化を効果的に抑制することを見出した。本発明は、この知見に基づき完成されたものであり、破骨細胞分化抑制剤、破骨細胞による骨吸収抑制剤、骨再生促進剤、及び骨吸収性疾患の予防又は治療剤、並びに破骨細胞分化促進剤、及び破骨細胞の機能低下に起因する疾患の予防又は治療剤等を提供する。

産学連携の可能性
本発明は、破骨細胞分化を制御する受容体(α7-nAChR)をターゲットとした強い特異的効果をもつ新薬に繋がる可能性が期待される。今後、α7-nAChRの選択的拮抗薬が、骨粗鬆症、関節リウマチにおける骨吸収を阻害する薬剤の開発に多大な貢献をすることが期待される。また、歯科では、歯周病における炎症性骨吸収の治療薬や、抜歯後の歯槽骨吸収を抑制する治療に貢献する可能性が考えられる。

歯学研究科 分子・再生歯科補綴学分野
江草 宏 教授 博士(歯学)
EGUSA, Hiroshi Professor

new犯罪予防の促進要因の検討

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1)特徴・独自性
犯罪者は誰を狙い,どこで犯行に及ぶのでしょうか。また,犯罪の被害に遭わないようにするためには,我々はどのようなことを心掛け,どのような場所を避けると良いのでしょうか。あるいは,環境を整えることで犯罪を防ぐことは可能なのでしょうか。こうした点を心理学的な手法を用いて研究し,犯罪からの安全や安心を目指すための方策を考えています。

2)産学連携の可能性(想定される用途・業界)
犯罪からの安全や安心だけではなく,社会全般の安全・安心を提供するような様々な業界との産学連携を想定しています。

文学研究科・心理学研究室
荒井 崇史 准教授 博士(心理学)
ARAI, Takashi Associate Professor

半導体工学を基盤とするテラヘルツ技術の開拓

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特徴・独自性
テラヘルツ(THz)波は電波と光の両方の特徴を併せ持ち、広範な応用が期待されている。多分子間振動などのエネルギーが小さな振動数に対応する周波数であることから、従来手法では検出困難な新しい振動を検出することができる。我々は有用なTHz波を、レーザー光の非線形光学効果と電子デバイスの高周波化の両面から発生させ、0.03THzから数10THzもの超広帯域発生を実現した。発生のための光学結晶育成等も行っている点にも独自性がある。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
樹脂や塗料等に被覆された金属構造物の腐食や亀裂等の非破壊・非接触欠陥探傷イメージング、木材・コンクリート中の欠陥や水の浸潤イメージング、タイルの接着性検査、薬剤・化学薬品結晶などのカイラリティー識別及び水和物形成の検出、各種有機・無機化合物結晶の結晶多形識別、THz帯分子標的を用いた分光イメージングに応用できる。また、土木建築業界、医薬品業界、橋梁等金属構造物建設業界、化学業界、トンネル建設業界、自動車・電車業界、半導体業界、電子デバイス業界で活用できると考える。

工学研究科 知能デバイス材料学専攻
小山 裕 教授 工学博士
OYAMA, Yutaka Professor

半導体スピントロニクスと量子デバイス

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本研究室では高機能・低消費電力スピンメモリデバイスや量子コンピュータなどの量子情報処理を目指して、固体中の電荷とスピンの両方の自由度を用いたスピントロニクスの研究を行っています。また、半導体量子構造中に形成されるサブバンドを用いた中赤外~テラヘルツ領域の長波長半導体レーザに関する研究を行っています。
主な研究テーマ:
1.強磁性半導体
これまでに磁性の電界制御や電気的手法による磁化反転、及び電流誘起磁壁移動など新しいスピン機能デバイスに必要不可欠な基盤技術を世界に先駆けて実現しています。
2.半導体量子構造におけるスピンダイナミクス
偏極状態に置かれた核スピンを光学的、磁気的に制御し、それを観測することに成功しています。また、強磁性半導体と非磁性半導体を組み合わせたスピンダイオードを作製し、スピンの揃った電子を非磁性半導体へ流すことに成功しています。
3.量子カスケードレーザ
InAs/AlSbという独自の材料を用いて、これまでに波長3.8~14ミクロンでの発振に成功しています。また、GaAs/AlGaAsを用いたTHz量子カスケードレーザの発振にも成功しています。
これらの技術に興味のある企業や団体との共同研究を希望します。

省エネルギー・スピントロニクス集積化システムセンター
大野 英男 教授 工学博士
OHNO, Hideo Professor

半導体における電気的スピン生成・制御とスピン機能デバイスに関する研究

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特徴・独自性
Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体では電子スピンに内部有効磁場が働く。この効果は、外部磁場の替わりに利用できることから、電気的スピン生成や電気的スピン制御が可能になると期待されている。我々は、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体ヘテロ接合における内部有効磁場を設計し、電気的スピン生成および電気的スピン制御、さらにスピン緩和を完全に抑制することのできる永久スピン旋回状態に関する研究を行っている。また時間分解スピン測定手法を用いることで電子スピン緩和やスピン軌道相互作用の評価に向けた基盤研究にも取り組んでいる。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
電気的なスピン生成・制御が可能になることで省電力スピン機能デバイスが実現できる可能性がある。また将来半導体産業においてスピン自由度を活用するためにはスピン緩和を抑制しなければならない。この様な技術を活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

工学研究科 知能デバイス材料学専攻
好田 誠 准教授 博士(工学)
KOHDA, Makoto Associate Professor

半導体量子構造の伝導特性制御と超高感度NMR

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特徴・独自性
GaAsやInSbの量子構造の伝導特性を制御し、核スピンの偏極状態を操作することで、二次元構造やナノ構造に適用できる超高感度NMR技術を確立した。さらに、InSb量子構造においてアルミナ絶縁膜を用い、理想的なゲート操作を実現した。また、核スピンが感じる雑音特性を周波数依存性も含め測定する一般化された横緩和時間の考え方を提案、実証した。この概念は核スピンを用いるすべての計測に大きな変化をもたらすことが期待される。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
良好なゲート制御を用いた次世代InSbデバイス。一般化された横緩和時間を利用した様々な核スピン計測、核磁気共鳴。高感度NMRは物性研究への応用が中心であるが、量子情報処理への貢献も見込まれる。

理学研究科
平山 祥郎 教授 工学博士
HIRAYAMA, Yoshiro Professor

非営利組織(NPO)とソーシャル・キャピタル

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 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。

経済学研究科
西出 優子 教授 国際公共政策博士
NISHIDE, Yuko Professor

東日本大震災後の選挙に見る情報技術活用の課題と可能性

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被災地の選挙管理は、自治体職員の多くの被災もあり、また多くの住民が避難生活を余儀なくされたこともあってマンパワー不足であった。被災地の選管などからは、情報技術の活用に期待する声があがったが、一方でそれをクリアするには技術的・法律的な課題が少なくない。ただ、ネット選挙の解禁だけではなく、有権者の本人認証システムの構築や投票機器の改善といった部分でも、情報技術を選挙の現場で活用できると思われる。
ただ、情報技術の活用は容易でないのが現実である。2017年度、我々の研究プロジェクトで全国市区選管事務局にアンケート調査(回収率97.7%)を実施したところ、約4割がセキュリティポリシーが厳しい関係から無線LAN接続が不可能であり、約4割が導入実績がないため利用が難しい状況があることが明らかになった。自治体内に、技術トラブルといったリスクをおそれ、情報技術の活用に二の足を踏ませる力学が働いている。情報技術を活用するための環境づくりも実は必要なのである。
加えて、選挙管理を含めた行政環境への情報技術の導入は、いわゆる最先端の技術よりも、「既存の、ある程度一般に普及した『信頼性の高い」技術』の方が容易のように見える。技術に対する信頼を高めるにはどうすべきか、検討しなければならない。
技術的な産学連携だけではなく、新しい技術を導入するための場づくりの共同研究も進めるべきと考えている。

研究の詳細はPDFファイルを参照。

情報科学研究科
河村 和徳 准教授 修士(法学)
KAWAMURA, Kazunori Associate Professor

光を利用した低侵襲治療・診断システムの開発

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特徴・独自性
細く柔軟な光ファイバを内視鏡に挿入して患部にレーザ光を照射する低侵襲治療や、内視鏡を用いて光学的な診断を行うための装置や技術についての研究を行っています。また、これらの治療・診断に用いるための光ファイバとして、通常のガラス光ファイバの他に、強力なレーザ光や幅広い波長の光の伝送が可能な、中空光ファイバと呼ばれる特殊な光ファイバを用いた治療・診断システムの研究開発も行っています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
医療機器メーカーをはじめ、本分野への新規参入を検討している電子機器、通信装置、および計測機器メーカーなどが連携先として考えられます。

医工学研究科
松浦 祐司 教授 工学博士
MATSUURA, Yuji Professor

卑金属・半金属およびその合金によるオープンセル型ナノポーラス材料の開発

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特徴・独自性
ナノポーラス金属は、緻密材に比べて桁違いに大きい表面積を有し、次世代高機能材料として応用が期待されている。その主な作製法として知られる水溶液による脱成分法は、微細・均一な多孔質構造の形成を可能にするが、その形成原理は腐食であり、標準電極電位の高い貴金属において多孔質材料の作製が可能であるが、卑金属では酸化されてしまう。本部門では金属溶湯による簡便な脱成分技術を新たに考案した。この技術によれば、貴・卑に依存せず純金属や合金を多孔質化することが可能で、かつ、無酸素脱成分工程であるために酸化も生じない。従って、これまで作製が困難であった数々の卑金属(Ti, Ni, Cr, Mo, Fe, Co等)・半金属元素およびそれらの合金において、オープンセル型ナノポーラス金属材料の開発に成功した。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
新規電極、触媒、フィルター等に実用が期待できるほか、Niなどの毒性元素を含有する生体金属材料表面からこれを除去する技術としても利用でき、関連企業・団体との共同研究・開発を強く希望する。

金属材料研究所
加藤 秀実 教授 工学博士
KATO, Hidemi Professor

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

微小試験片による強度・寿命の高精度評価技術の開発

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原子力や核融合の分野においては、試験炉や加速器などにおける照射試験のため、微小試験片が適用される場合がある。また、高経年化発電機器に対しては、供用中部材からの切出し片や廃材から製作された微小試験片による余寿命評価が求められている。
これらのニーズに対応し、我々は、微小試験片を用いた強度・寿命評価技術の高度化に取り組んでいる。レーザーを用いた高精度変位計測技術の開発や試験片形状・サイズの最適化を実施し、JISなどの規格に準ずる標準試験片と同等の強度・寿命を評価可能な試験技術として確立しつつある。
本技術は、上記エネルギー分野のみならず、製品の微小領域や小型部材の強度・寿命評価、微小な変形の高精度計測などにも応用可能であり、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。

工学研究科 量子エネルギー工学専攻
野上 修平 准教授 博士(工学)
NOGAMI, Shuhei Associate Professor

非水浸超音波可視化手法

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 水と被検査物との間に固体薄膜を挿入し、薄膜と被検査物との界面に負圧力を付与した状態で高周波数超音波を伝達する独自のドライ超音波法(日本国特許第3709559号)を開発しています。当該原理に基づき試作したドライ超音波顕微鏡により、これまで実現されていなかった水非接触下における電子デバイス内部の高分解能可視化に成功しています(図1)。さらに音響整合層として機能する高分子薄膜を挿入することで、従来水没時よりも高画質な内部画像を得ることも可能にしました(図2)。また、超音波が薄膜を通過する際に生じる音響共鳴現象を利用して、高分子フィルムの音響物性値を測定(図3)するなど、薄物材料の高精度な非破壊評価が可能です(日本国特許第4403280号)。 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ます。

工学研究科
燈明 泰成 准教授 工学博士
TOHMYOH, Hironori Associate Professor