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さ
〈最適化問題〉
全てを最適化する Optimal Society特徴・独自性量子アニーリングと呼ばれる最適化技術を世界でいち早く産業化に向けて、その限界を突破する基礎技術、複数の企業との応用可能性の探索に取り掛かっている。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）各種車両の自動運転、災害時の避難経路誘導などの経路探索問題、工程スケジューリングや多大な組合せ問題への応用。 情報科学研究科 応用情報科学専攻 応用情報技術論講座 物理フラクチュオマティクス論分野
大関 真之 准教授 博士（理学）
OHZEKI, Masayuki Associate Professor
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〈最適設計〉
持続可能なエネルギーシステムの統合デザインと分析特徴・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。 |
〈サイドチャネル攻撃〉
ビッグデータ時代の画像コンピューティングとセキュアICT特徴・独自性第一に、実世界にあふれる膨大な画像データのセンシング・処理・認識・解析の研究を行っています。特に、サブピクセル分解能の画像解析を可能にする「位相限定相関法」を発案し、個人識別（顔、指掌紋、FKP、虹彩、X 線画像の認識）、マシンビジョン、多視点3D 計測、画像検索、医用画像解析などに応用しています。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）画像情報工学、情報セキュリティ、バイオメトリクス、LSI、組込み技術の分野における産学連携を進めることができます。既に多数の企業、大学、研究機関、医療機関などの研究者や技術者が、分野を問わず訪れています。情報知能システム（IIS）研究センターのスタッフがご相談を受け付けます。 |
〈細胞〉
高周波数超音波および光音響イメージングによる生体組織微細構造の可視化特徴・独自性高周波数超音波を用いることで、空間分解能が高く非侵襲的な生体組織イメージングが可能です。私たちが開発した超音波顕微鏡は、周波数100MHz で光学顕微鏡40 〜 100 倍相当、GHz領域の超音波により細胞1個も観察可能な高解像度を実現しており、組織の形態だけではなく弾性計測も可能です。また、最近では組織にレーザー光を照射した際に発生する超音波の検出を原理とするリアルタイム三次元光音響イメージングシステムを開発し、皮下の毛細血管網や酸素飽和度が可視化できるようになりました。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）高周波数超音波および光音響イメージングは非侵襲的に繰り返し計測できるので、動脈硬化の超早期診断、皮膚のエイジング、組織の代謝状態の評価など化粧品・医薬品の効果判定に応用できます。高周波数超音波は、生体組織だけではなく、光学的手法では困難とされる不透明な薄膜や二重の透明コーティングなどを、0.1ミクロンの精度の計測が必要な産業分野へも応用可能です。 |
大気圧プラズマ流による次世代滅菌法の開発特徴・独自性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。 |
ソフトでウェットな計測・発電デバイス特徴・独自性モノづくり工学の次代ステージは、エネルギー効率や生命環境親和性に優れるバイオ材料（タンパク質や細胞）の機能活用である。我々は、脆弱なバイオ材料の機能を最大限に活用する技術体系の構築に取り組んでおり、「ハイドロゲルへの電気配線技術（画像㈰）」、「バイオ組織化の電気制御技術（画像㈪）」、「酵素電極シールの作製技術（画像㈫）」などを実現している。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）上記技術は、「細胞アッセイシステム」、「DDS デバイス」、及び酵素発電で駆動する「健康医療機器」などに活用され、健康・医療・創薬・食品・化粧品業界に関係すると期待している。 |
糖鎖精密認識レクチンによる糖鎖解析および細胞制御特徴・独自性糖鎖は、細胞表面上に糖タンパク質や糖脂質として存在し、細胞間認識や制御など情報伝達機能に関わる。我々は、糖鎖認識分子である各種レクチンを海洋生物などから単離し、構造・機能を明らかにしてきた。例えば、魚類卵ラムノース結合レクチンは、Gb3 を介してIL1 など炎症性サイトカインを誘導する。また、マアナゴガレクチンの進化に基づく各種変異体を作成し、より精密な特異性を持つレクチンの開発にも成功している。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）レクチンによる糖鎖プロファイリングによるiPS/ES細胞からの分化、がん化などの細胞の機能解析、細胞の分離。アポトーシスなど細胞制御への応用。抗ウィルス機能を利用した抗トリインフルエンザ資材開発など。 |
〈細胞外マトリックス〉
マルファン症候群における解離性大動脈瘤予防薬の開発及び事業化特徴・独自性マルファン症候群（MF）は、微細線維と呼ばれる細胞外マトリックス成分の機能不全を原因に致死性の解離性大動脈瘤を発症することが知られています。これまでMF の治療に関して、薬物療法と外科手術で正常の人なみに寿命を延長することは可能になりましたが、再外科治療を余儀なくされる事も多いです。そのため患者への負担軽減のためにも、先行技術では成し得なかった解離性大動脈瘤を予防する生物製剤の開発および実用化を目指しています。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）本技術は、MFにおける解離大動脈瘤の予防治療を可能にする世界発のタンパク質製剤開発を目指しています。難病治療薬を取り扱っている製薬企業およびベンチャー企業との連携により実用化が期待されます。 |
〈細胞死〉
新規分子CAMPを標的とした分裂期細胞死誘導によるがん治療の開発特徴・独自性我々は細胞分裂に関係する新規分子CAMP を発見し、この機能を抑制するとがん細胞の分裂が妨げられるだけでなく速やかに細胞死が起こることを見出した。これにより、細胞分裂期に作用する従来の抗がん剤で見られる耐性を抑えることができた。またCAMPの機能抑制による細胞死の促進は正常細胞では見られなかったことから、がん細胞特異的な薬剤耐性の少ない治療法の開発につながることが期待される。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）CAMPの機能を抑制する化合物の開発は、薬剤耐性の少ない抗がん剤の創薬に結びつく可能性がある。 |
〈細胞質、核〉
生細胞内への物体、物質直接導入法特徴・独自性生きた細胞内にミクロンサイズまでの物体を直接入れる方法はなかったが、今回、リポソームに内包し、生細胞と一過性に電気的に融合させることでリポソームから細胞質に直接、導入、留置する方法を確立した。任意のタンパク質、DNAも導入可能である。また、導入する物体表面をヒストンなどでコートすれば、細胞分裂後に核内に留置することもできる。また、鉄ビーズを用いれば、ネオジム磁石で動かすことも可能である。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）細胞内に物体、物質を導入する方法は未だに容易ではないが、我々の方法は、簡便で高効率で、従来の方法を凌駕する。導入困難な巨大タンパク質の導入も可能で、核内にまで到達させる方法としては唯一の技術である。 |
〈細胞小器官〉
細胞生物学特徴・独自性細胞小器官の研究は、それぞれの細胞小器官が持つ個性的な内部空間（ルーメン）の機能を解き明かすことを中心に進んできましたが、細胞小器官を形作っている膜そのものにも重要な機能が潜んでいると考え研究をすすめています。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）自然免疫応答を惹起する重要分子STING は細胞内物質輸送によってその活性が厳密に制御されています。STING の輸送を制御する化合物の開発により、STING が関与する炎症応答を増強・緩和する薬剤につながることが期待されます（製薬業界） |
〈細胞治療〉
異分野融合による糖尿病への低侵襲細胞療法の確立特徴・独自性膵島移植は、重症糖尿病に対する理想的な低侵襲細胞治療法である。本プロジェクトにおいては膵島移植を雛形とし、分野および産学の枠を超えた先端技術の組織横断的融合を試みる事により、東北大学にトランスレーショナルリサーチの成功例として細胞工学治療の拠点を形成することを目的としている。本プロジェクトによる技術革新が、細胞療法を機軸とする新しい医療産業の活性化に大きく貢献するものと確信している。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）新規細胞分離用酵素剤の開発をはじめ、いくつかのシーズは既に国内大手企業と効果的な産学連携体制が構築されているが、細胞埋め込み型デバイスや医療用動物の作製に関して連携できる企業を模索中である。 |
〈細胞移植治療〉
iPS細胞の腫瘍化を抑制することが可能な分化誘導方法特徴・独自性本発明は、スタチン系薬剤を用いることにより、iPS 細胞の移植に際して問題となる腫瘍化を抑制する技術である。スタチン系薬剤は、すでにコレステロール低下薬として広く普及している。iPS細胞の移植先における腫瘍化は、iPS細胞の再生医療応用への最大の課題のひとつであるが、細胞ソーティングなどの煩雑な手技を経ずに、スタチンを用いるだけでこの腫瘍化の課題が解決することができれば、iPS 細胞を用いた骨再生医療の実現へ大きく前進することが期待される。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）本発明は、医科・歯科領域で重要な骨組織再生技術をiPS細胞を用いて可能にすることが想定される。 |
〈細胞分裂〉
新規分子CAMPを標的とした分裂期細胞死誘導によるがん治療の開発特徴・独自性我々は細胞分裂に関係する新規分子CAMP を発見し、この機能を抑制するとがん細胞の分裂が妨げられるだけでなく速やかに細胞死が起こることを見出した。これにより、細胞分裂期に作用する従来の抗がん剤で見られる耐性を抑えることができた。またCAMPの機能抑制による細胞死の促進は正常細胞では見られなかったことから、がん細胞特異的な薬剤耐性の少ない治療法の開発につながることが期待される。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）CAMPの機能を抑制する化合物の開発は、薬剤耐性の少ない抗がん剤の創薬に結びつく可能性がある。 |
〈材料設計〉
第一原理計算に基づく新材料・素子機能の理論設計特徴・独自性超高密度磁気記録用読出しヘッドや不揮発性スピンメモリなど高機能なスピントロニクス素子を実現するため、高スピン偏極材料を用いた磁気抵抗素子における電気伝導に関する理論研究に取り組んでいます。また、磁化の熱ゆらぎに対する耐久性向上を目指して、垂直磁気材料を用いた磁気抵抗素子の研究にも着手しています。強磁性体と酸化物の界面での結晶構造を理論的に設計して、磁気抵抗性能を向上させるための指針を得ることに成功しています。経験的パラメタを必要としない第一原理計算手法は、スピントロニクス分野に限らず、多様な材料研究・開発の場において重要な役割を果たすものと確信しています。共同研究のご要望がございましたら、ご一報ください。 |
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。 |
〈材料創製〉
人工ナノ構造制御によるスピントロニクス材料の創製特徴・独自性スピントロニクスに役立つ材料の創製と物理現象に関する基礎研究を行っています。特に、ホイスラー合金やL10 型合金などの磁性規則合金を用いたナノ積層構造やトンネル接合あるいは複合的な素子構造を作製し、新しい磁気特性や磁気伝導特性の探索と解明に取り組んでいます。最近では、スピントロニクスの基礎概念であるスピン流と熱流の相関効果に興味を持ち、新奇な熱電変換現象の探索にも取り組んでいます。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）磁気ストレージ（HDD やMRAMなど）や関連した省エネルギースピントロニクスデバイス、新規な熱電変換デバイス（異常ネルンスト効果によるエネルギーハーベスト技術やペルチエ冷却素子）などでの共同研究。 |
〈材料評価〉
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。 |
電磁非破壊評価に基づく鋳鉄材料の材質評価特徴・独自性電磁非破壊評価法に基づき、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄の硬さ、フェライト／パーライト率、黒鉛組織、チル組織等の定量的評価法について研究を行っている。鋳鉄の組織は複雑であり、その電磁および機械特性は複雑な振舞いを示すが、鋳鉄材料の電磁・機械特性を微視的評価及び巨視的評価の双方から議論し、電磁特性のモデル化を試みている。さらに、黒鉛組織、フェライト・パーライト率、チル組織含有率を非破壊、非接触で評価可能な装置の試作を行なっている。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。 |
ナノメータースケール表面振動分光の開発とデバイス評価特徴・独自性近年、シリコンデバイス技術における微細化に対する限界が認識されるようになり、新しい動作原理や新奇材料に基づくデバイス技術が活発に研究されている。このような技術開発では数十 nm以下のサイズのデバイス開発から開始されるため、従来の分光手法で検証することが困難な高い位置分解能を有する材料評価手法の開発が現在求められている。我々の研究グループは、走査トンネル顕微鏡をベースとした発光分光計測により材料の光電子物性を原子分解能で明らかにすることを得意としている。 産学連携の可能性（想定される用途・業界）特に本研究課題では、ナノメートル・スケールの位置分解能での振動分光を可能にする新しい技術の開発とデバイス評価への応用を意図したものであり、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。 |
