東北大学 研究シーズ集

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「ま」行の研究者 32人

ナノ組織制御による超省エネ・省資源型軟磁性材料及び完全レア・アースフリー磁石の開発

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特徴・独自性
従来の結晶性合金では得られない有用な物性を発現する非平衡金属のうち、優れた軟磁気特性を有する鉄族系の金属ガラス、ナノ結晶やアモルファス合金および磁石材料を研究対象とし、それらの高機能化と高付加価値化に取り組んでいる。最近では、ケイ素鋼に匹敵する高飽和磁束密度(1.8テスラ以上)と、ケイ素鋼の1/3程の著しく低い鉄損特性を兼備する新ナノ結晶軟磁性材料の開発およびレア・アースフリーL10-FeNi磁石の創成に成功している。

産学連携の可能性
(想定される用途・業界)
レアメタルを含まない安価な鉄合金で、かつ、大気中での製造が可能であるため、工業材料としてのポテンシャルが高い。材料、応用メーカーとの共同研究を通して省エネ、省資源化、低炭素化に貢献したい。

未来科学技術共同研究センター
牧野 彰宏 教授
MAKINO, Akihiro Professor

陽極酸化法により創製した二酸化チタンの光誘起機能

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特徴・独自性
Tiの陽極酸化は着色技術として実用に供せられている。着色の原理は表面に形成したチタン酸化層の厚み制御による光干渉である。本研究の特徴はこの酸化膜の結晶性を高めることで、光触媒や超親水性等の光誘起性能を付与することで、着色技術とは異なる条件の電気化学条件を選定する点に独自性がある。簡便で廉価な技術によりTiやTi合金の表面を改質し、光誘起性能による環境浄化性を備えた材料の高機能化を目指す。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
用途としては、環境浄化材料、生体適合材料・抗菌材料等が考えられ、業界としては脱臭・浄化を手掛ける環境浄化に取り組む業界や、医療器具・医療材料・福祉用具等の医療・福祉業界、そして構造用チタン開発に取り組む業界があげられる。

金属材料研究所
正橋 直哉 教授 工学博士
MASAHASHI, Naoya Professor

金属酵素の機構解明

1)特徴・独自性
当研究室では、生体内で重要な役割を果たす金属酵素の機能と反応機構の解明を進めている。主な研究対象はヘム代謝に関わる酵素であり、合理的な指針に基づく探索によって新たな代謝反応の発見にも成功している。また、反応研究から得られた知見に基づいて人工酵素の設計・開発にも取り組んでいる。

2) 産学連携の可能性
ヘム代謝に関わる薬剤の開発や各酵素に対する薬効・作用機序の評価、および、用途に応じた(特に酸化反応に関わる)人工酵素の開発。

多元物質科学研究所
松井敏高 准教授
MATSUI, Toshitaka 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

システムに変革をもたらす素子応用を鑑みた半導体材料開発とその物性研究

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特徴・独自性
1. 現在の高度情報化社会を支える光通信用分布帰還型(DFB)半導体レーザ:1981年、波長1.55μmにおいて単一縦モードでの室温連続発振に世界で最初に成功。レーザ作製法のメーカへの技術指導およびシステム実験用素子提供を行い、1988年にシステム導入され、現在では、ファイバ1本あたり伝送容量10Tb/sの通信が実現されている。この値は、DFBレーザ以前の25,000倍に当たる。本レーザが、高度情報化社会を支えていると言っても過言ではない。
2. 青色発光ダイオードで知られる窒化物半導体:素子応用を鑑み、1987年、InGaAlNを提案。1989年、青色発光材料InGaNの単結晶薄膜成長。1991年、InGaNのフォトルミネッセンスを観測。本技術は、市販の青色LED作製の標準技術。最近では、窒化物半導体のエピタキシャル成長に適した加圧型有機金属気相成長(MOVPE)装置を新たに開発し、結晶品質の向上に成功している。
3. 高周波・高出力・高耐圧トランジスタの開発を、GaN自立基板の作製から進めている。その特徴は、結晶極性の制御、特にN極性成長技術を基礎にしている。携帯電話の基地局用増幅器にはGa極性HEMTが従来既に実用化されているが、5Gにおける伝送容量1Tb/sに必要な30GHzで動作するN極性HEMTが嘱望されている。研究室では、N極性HEMTの直流動作を実現している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
分布帰還型レーザ:サブミクロン周期構造の作製、微細構造を有する半導体基板上への薄膜成長、レーザの作製プロセスおよび素子評価技術、レーザシミュレーション
窒化物半導体:有機金属気相成長法、結晶の評価、発光素子・太陽電池・電子デバイスの作製と評価の技術
強調

未来科学技術共同研究センター
松岡 隆志 教授 工学博士
MATSUOKA, Takashi Professor

非接触エネルギー伝送を用いた産業機器・医療機器の開発

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特徴・独自性
独自技術を用いた非接触電力伝送システムを中心に数ワットから数十キロワットクラスの幅広い開発を行っている。産業機器ではモバイル機器を始めEVや工場内搬送装置に至る幅広い対応が可能である。医療機器では人工心臓への電力伝送や、主に四肢不自由者の運動機能再建を目指す機能的電気刺激装置(FES)の開発、がん治療として体内の温度計測を必要としない小型埋込素子を用いたハイパーサーミアの開発を行っている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
産業・医療用途共に、独自の信号伝送システムも併せて開発を行い実用化している。

医工学研究科
松木 英敏 教授 工学博士
MATSUKI, Hidetoshi Professor

サプライチェーンを通じた資源利用と関連するリスクの可視化

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特徴・独自性
マテリアルフロー解析、産業連関モデルに基づくサプライチェーン解析により資源の流れを明らかにし、資源採掘・精錬・輸送に関わるサプライチェーンの各拠点、経路の各属性別リスクデータとの融合を行い、我が国の科学技術イノベーション政策、資源安全保障に寄与する知を生み出します。

産学連携の可能性
これまで共同研究・連携を行った経験があるのは鉄鋼産業、自動車産業です。
省資源化技術導入による環境影響評価を行いたい行政機関や事業者との連携も積極的に行っていきたいと思っております。


環境科学研究科
松八重 一代 教授 博士(経済学)
MATSUBAE, Kazuyo Professor

実験心理学の原理から人間の行動を理解する

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特徴・独自性
人の行動情報をセンシングし、人の意図や心身状態、人間関係を読み取ろうとする動きが進んでいます。このような状況を踏まえ、本研究室では、視線計測技術などを用いた実験心理学的手法によって人の身体行動に内在する心の理解に関する認知機能の解明に取り組んでいます。

産学連携の可能性
私たちは、日常の中で、極めて効率的な身体行動を様々な状況で柔軟かつ容易に実現していますが、なぜこのようなことが可能なのでしょうか?この問題は、認知科学、神経科学、 リハビリテーション医学、スポーツ科学、ロボット工学などの様々な研究分野で取り組まれている重要な問題の一つです。 効率的な身体行動の実現には、目に見える「物理的な身体」ではなく、目に見えない「心の中の身体」(自己身体の気づき)が深く関与することを見出しており、「心の中の身体」のメカニズムと機能的役割の解明を進めています。

情報科学研究科
松宮 一道 教授 博士(工学)
MATSUMIYA, Kazumichi Professor

固液界面真空プロセスの開発とその応用

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特徴・独自性
様々な物質の液体状態を、真空環境下で安定化させ、そのマイクロ/ナノレベルの成形技術の開発と新規物性調査、およびそのプロセス応用に取り組んでいる。特に、膜厚が数nmのイオン液体膜の作製やSiCなどの無機薄膜の高速VLS成長、イオン液体を介した有機半導体、高分子薄膜・結晶材料の開発を行っている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
次世代の半導体プロセス、超高品質無機単結晶薄膜、二次電池電池などのイオニクス、有機太陽電池・デバイスなど。

工学研究科
松本 祐司 教授 博士(理学)
MATSUMOTO, Yuji Professor

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

温度勾配型マイクロフローリアクタによる着火・燃焼特性の測定・評価

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特徴・独自性
多様な燃料の着火・燃焼特性を客観評価する新原理の試験法を開発・実用化した。流れ方向に温度が徐々に上昇するよう外部から温度分布制御した微小流路を用いる。燃料が温度上昇と共に低温(600K程度)から酸化剤と反応開始、反応完了(~1300K)までの過程(通常は高速の過渡現象「着火現象」)を、温度域別に分離した定常な複数反応帯(火炎クロマトグラフィ)として安定化することに成功した。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
オクタン価やセタン価推定、天然ガス成分別の反応特性解明を既達成。簡便な標準的燃焼化学反応の試験装置として、各種燃焼器開発への適用、不明燃料の着火特性解明にも応用可能である。

流体科学研究所
丸田 薫 教授 博士(工学)
MARUTA, Kaoru Professor

事業継続マネジメント(BCM)

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特徴・独自性
事業継続マネジメント(BCM)は、企業や公的組織が災害、大事故、テロ、感染症などで甚大な被害を受けた際にも、重要業務を継続または早期復旧するための対応戦略である。また、この計画がBCPである。政府、経済団体等が導入・改善を積極的に推進している。当研究室では、このBCMの普及策や改善策を研究しており、政府のガイドライン策定にも深く関与している。また、仙台で産官学の勉強会も開催している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
BCM・BCPを導入、改善しようとする企業・組織に求めに応じ助言を行うことができるほか、企業グループなどと連携した普及促進や実践的改善の取組が想定できる。

災害科学国際研究所
丸谷 浩明 教授 博士(経済学)
MARUYA, Hiroaki Professor

原子・ナノスケールの視点に基づく破壊予知と破壊制御

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特徴・独自性
各種薄膜や構造機器材料の機能や性能あるいは信頼性など、各種物性の発現と損傷メカニズムを分子動力学解析手法を応用して理論的に解明するとともに、破壊を防止する信頼性の高い材料あるいは製造プロセスの設計と提案およびその各種センシング技術への応用研究を推進している。また、様々な構造機器の安全で安心な稼働を保障するため、実動負荷や材料損傷をin-situで評価する破壊予知技術開発を推進している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
材料や構造物の破壊(狭義の破損に留まらず機能消失、性能低下も含む)メカニズム解明に基づく破壊予知と破壊制御という視点で共同研究や学術指導も積極的に推進している。

工学研究科 附属エネルギー安全科学国際研究センター
三浦 英生 教授 博士(工学)
MIURA Hideo Professor

圧縮せん断プロセスによる高性能・高機能材料の創成

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特徴・独自性
圧縮せん断プロセスとは常温~300℃の温度範囲で粉末原料の固化成形が可能となる新しい技術です。この手法ではリサイクルを困難にするバインダーや添加剤を必要とせずに、融点以下の温度範囲で材料の固化成形が可能であり、従来の粉末冶金では固化が難しかった材料系への適用や新材料開発の可能性を開く画期的な技術です。将来的には材料接合や材料コーティングへの応用を目指しており、基礎と応用の両面での研究を推進しています。
産学連携の可能性
機械部品や電子デバイス分野における材料加工や新材料開発に関する共同研究を通して、材料プロセスの高効率省エネルギー化ならびに省資源化に貢献したいと考えております。

流体科学研究所
三木 寛之 准教授 理学博士
MIKI, Hiroyuki Associate Professor

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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1) 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。

2) 産学連携の可能性(想定される用途・業界) 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

大学院理学研究科化学専攻
美齊津 文典 教授 博士(理学)
MISAIZU, Fuminori Professor

スピントロニクス材料と情報通信技術への応用

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特徴・独自性
1.マンガン系磁性材料を主とする新薄膜磁性材料の研究開発(図1)
2.フェムト秒パルスレーザーに対する磁性体の超高速応答の基礎研究(図2)

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
次のような、電子・通信産業と産学連携の可能性があります。
○新材料を用いたトンネル磁気抵抗素子の、大容量磁気メモリ、磁気ストレージ、ミリ波~テラヘルツ波通信素子への応用。
○フェムト秒パルス光を用いたテラヘルツ波輻射への応用。
○パルス光を用いた磁気スピン波の制御と論理デバイスへの応用。

材料科学高等研究所
水上 成美 教授 博士(工学)
MIZUKAMI, Shigemi Professor

生体機能の可視化および制御技術の開発

生体分子の機能を正しく理解するには、他の生体分子との相互作用が保たれた状態、すなわち生きた状態で観察することが重要です。そこで、有機化学および蛋白質科学の双方からのアプローチにより新たな機能性分子を開発し、生体分子の可視化および光を用いた機能制御に取り組んでいます。特に、オルガネラ内の分子やイオン濃度の定量や、蛋白質機能を光操作するケージド化合物あるいはフォトスイッチ化合物の開発に実績があります。

多元物質科学研究所
水上 進 教授 博士(薬学)
MIZUKAMI, Shin Professor

レーザファブリケーションによる高機能バイオインタフェースの創成

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 本研究では、レーザ照射を利用して材料表面に様々な機能を付与する手法の開発を行っている。とくにレーザを材料に照射した際に生じる現象を、シミュレーションおよび実験的な手法を用いて明らかにし、新しい機能性インターフェースの創成を行っている。
 本研究成果は、生体・医療用デバイスへの応用を始めとし、幅広い分野への波及効果が期待できる。

■ 高機能バイオインターフェースの創成
 人工臓器や人工血管、あるいはバイオインプラントなどに利用される材料は、生体組織や細胞に対する高い親和性が求められる。そこで本研究室では、レーザ照射による表面創成プロセスにより「生体に優しい」表面づくりにも取り組んでいる。
 本手法により、チタン系材料に対して生体に活性な機能を付与することに成功している。このような機能を持つ材料を生体内に埋入すると、表面にハイドロキシアパタイト(骨や歯の主成分)が自然に析出する。この方法を利用すれば骨との固着性に格段に優れるインプラントを作製することが可能であり、人工関節や歯科インプラントなどへの応用が期待できる。
 本研究ではこのような手法を駆使し、バイオ分野への新たなブレークスルーを目指す。

工学研究科 機械システムデザイン工学専攻
水谷 正義 准教授 博士(工学)
MIZUTANI, Masayoshi Associate Professor

対話型教授システムIMPRESSIONによる次世代教育環境

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特徴・独自性
IMPRESSIONは、対面教育、遠隔教育の双方において各種マルチメディア教材を活用した対話型インストラクションのための教授システムです。このIMPRESSIONでは、講師と学習者との対話に着目した成長型教授設計プロセスモデルであるダブルループモデルに基づき、実際の学習者に応じたインストラクションの設計、実施、評価、改善を可能とし、これにより、効果的で魅力的な教育を実現します。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
一般的な学校教育現場における高度なメディア活用教育のほか、遠隔地の社員を対象とした研修等、各種教育の実施環境、および、そのためのデザインツールとして活用することができます。

教育情報基盤センター
三石 大 准教授 博士(情報科学)
MITSUISHI, Takashi Associate Professor