東北大学 研究シーズ集

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酸化物半導体

電子デバイスの高性能・高信頼化のための配線材料と形成プロセスの開発

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特徴・独自性

半導体デバイスからなる電子製品は、半導体自体はもとより、半導体に接続する金属配線があって製品として動作する。金属配線に求められる課題は、半導体材料との良好な電気的コンタクト、相互拡散の防止、良好な密着性、および配線材料の低電気抵抗、耐腐食性、プロセス耐性などがある。本研究室では、種々のデバイスのニーズにあった配線材料の開発ならびにコストパフォーマンスを追求したプロセス技術を開発することによって、高性能かつ高信頼性の先端デバイス開発に貢献している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

Si半導体多層配線において拡散バリア層を自己形成するCu合金配線、IGZO 酸化物半導体に対して熱反応によるキャリアドーピングを行えるCu 合金配線、SiC パワー半導体に対して優れた熱・機械的信頼性と良好なコンタクト特性を示すNb 合金配線、タッチパネル用途などのITO透明導電膜に対するCu 合金配線、太陽電池におけるCu ペースト配線、などがある。

工学研究科
小池 淳一 教授 Ph. D.
KOIKE, Junichi Professor

創・省エネルギー無機材料の創製

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特徴・独自性

新しい材料の登場は、我々が予想もしない波及効果を生み出すパワーを秘めています。私たちの研究グループでは、化学結合や電子構造の理解に基づく材料設計、固体中のイオン移動を利用した材料創製プロセス、固相、液相、気相法など各種の反応プロセスを基盤技術として、エネルギー製造や省エネルギーを成し遂げる新材料を提供すべく、無機材料の設計から、製造プロセスの開発、プロトタイプ素子の作製までをカバーした研究を展開しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

現在は、太陽電池、燃料電池、発光・表示素子を主なターゲットに据え、酸化物半導体、プロトン伝導性電解質・電極材料、量子ドット、ナノ結晶などの研究を実施していますが、新しい無機材料の創製技術の適用範囲は、これらに限定的されるものではありません。

多元物質科学研究所
小俣 孝久 教授 博士( 工学)
OMATA, Takahisa Professor

産業連関分析

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(想定される用途・業界)

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

3次元

未来の生活を豊かにするインタラクティブコンテンツ

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特徴・独自性

(1)人と空間とコンテンツに関する研究
さまざまな形のコンテンツ、それを見たり使ったりする人々、そしてこれらを取り巻く空間を含めて考え、これらの間のさまざまな関係に注目して、人々の作業を効率的にしたりコミュニケーションを円滑にしたりするインタラクションの手法を提案しています。また、これらが人々に及ぼす影響の調査・実験等に関する研究も進めています。
(2) ディスプレイと3 次元インタラクション
さまざまな情報コンテンツを的確に表示するディスプレイ装置と、これらをうまく活用してコンテンツを直感的に利用するための新しい3 次元インタラクション技術の研究を進めています。また、これまで計測が困難であった複雑な手作業中の手指の詳細な運動を計測する新しい3 次元モーションセンサに関する研究も進めています。
(3) コンテンツのインタラクティブで柔軟な表示
創発の考え方によるアルゴリズムを利用して、様々なコンテンツを状況に応じて動的に、そしてインタラクティブに表示する新しい手法を提案しています。さらに、その特徴を活かした応用に関する共同研究を、多方面の方々と進めています。
(4) インタラクションデザインと評価
大画面、タッチパネル、マウスなどのさまざまな環境で効率的にコンテンツを扱うことができるように、オブジェクト選択などの基本インタラクションについて、運動学や実世界のメタファを導入して新しい手法をデザイン・評価する研究を進めています。
(5) 災害復興エンタテインメントコンピューティング
情報通信の技術を用いてエンタテインメントの魅力をさらに高め、可能性を広げようとするエンタテインメントコンピューティングの研究を通して、被災地の創造的復興と、将来の災害にも対処できるように、いろいろな知見を蓄えることを目標に進めている研究です。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

いずれの研究テーマでも、我々の技術や知見を世の中の多くの方々に使っていただき、生活を便利にしたり、快適にしたりすることができたらと考えています。そのために、いろいろな分野の方と一緒に連携させていただきたいと思います。

電気通信研究所
北村 喜文 教授 工学博士
KITAMURA, Yoshifumi Professor

三次元アトムプローブ

電子顕微鏡で見えない微細な不純物クラスターや欠陥の分析と機能の解明

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特徴・独自性

金属から半導体・絶縁体まで、原子1個1個を3次元実空間で原子スケールの分解能でマッピングできるレーザー3次元アトムプローブ法と、原子1個が格子点から抜けた単原子空孔から空孔集合体までを非常に高い感度で検出できる陽電子消滅法を組み合わせて、従来の分析方法では検出困難な、微細なクラスターや欠陥を分析し、それらが材料にあたえる影響や機能の解明を行っている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

ナノ構造を制御した新規材料開発、構造材料の劣化機構の解明から、半導体デバイス製造の歩留まり低下の原因解明、量子デバイス開発まで幅広い分野について、上記の解析技術を活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

金属材料研究所
永井 康介 教授 理学博士
NAGAI, Yasuyoshi Professor

三次元運動

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

3次元音空間

聴覚・多感覚音空間情報の収音・操作・合成技術の開発

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特徴・独自性

 3次元音空間における人間の様々な聴覚特性の解明と、その知見に基づいた3次元音空間の高精度収音・再生技術の開発、および、そのシステム実現に取り組んでいる。3次元音空間収音・再生技術は次世代マルチメディアコミュニケーション基盤技術の一つとして重要であり、各種音響実験を行うための無響室や、全周囲から耳までの音響伝達特性を測るための多目的防音シールド室など、この研究を高い次元で行うために必要な実験設備を有している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

 高臨場感情報通信・放送分野や各種アミューズメント等、音、特に3次元音空間に関する様々な内容での連携が可能である。また、ユニバーサルコミュニケーションを指向した聴覚・多感覚コミュニケーションシステムの開発といった観点での連携も想定できる。

電気通信研究所
坂本 修一 教授 博士(工学)
SAKAMOTO, Shuichi Professor

三次元計測

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

三次元集積化技術

LSI技術を用いた医療・ヘルスケア用マイクロナノ集積システム

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特徴・独自性

半導体工学と神経工学を基盤として、生体の構造と機能の理解に基づいた医療・ヘルスケア用の新しいマイクロ・ナノ集積システムの研究開発を行っています。脳をはじめとする生体の電気的・化学的状態を多元的・立体的に計測解析するための神経プローブや生体信号処理LSI、生体と同じ積層構造を有することにより高いQOLを実現する完全埋込型人工網膜などの研究開発を推進しています。また、シリコン貫通配線(TSV)を用いたCtC/CtW/WtW 三次元集積化技術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)

これまでに国内外の企業・研究機関と三次元集積化技術や生体信号処理LSI に関する共同研究を積極的に行っています。
㈰医療現場での生体情報モニタリング機器やパーソナルヘルスケア機器に使用される集積回路や医用集積モジュールの開発
㈪シリコン貫通配線を用いた三次元集積回路の開発(3D-LSI/TSV)

医工学研究科
田中 徹 教授 博士(工学)
TANAKA, Tetsu Professor

三次元培養

受精卵および幹細胞の新規品質評価法の開発

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特徴・独自性

走査型プローブ顕微鏡に基づく生体分子評価システムの探索に一貫して取り組み、プロテインアレイの構築とイムノアッセイへの応用を提案した。また、微小探針を改良して1細胞ごとのmRNA回収法を確立し、核酸-タンパク質の同時定量に取り組んでいる。走査型電気化学顕微鏡(SECM)を含むプローブ顕微鏡システムをツールとし、核酸、タンパク質、生体膜、細胞、初期胚を含む広い応用分野の開拓に成功した。これらの研究は初期胚研究への適用が期待できる。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

体外受精-胚移植は、医療分野では不妊治療、畜産分野では優良家畜の効率的生産を可能としている。体外培養技術の進歩によりクオリティの高い胚の作出が可能となっているが、その後の子宮への胚移植、受胎率、産仔の成功率は依然として低い水準にある。これまで、受精卵の品質評価は形態観察に基づき行われてきた。我々は、単一受精卵ごとの呼吸活性を指標とした客観的な受精卵の品質評価法を開発した。我々の特許をもとに「受精卵呼吸測定装置」が装置化・実用化され、ウシ・マウス・ヒトの受精卵移植試験実施に至った。

工学研究科
珠玖 仁 教授 工学博士
SHIKU, Hitoshi Professor

三次元立体ディスプレイ

次世代高臨場・低電力ディスプレイシステムの研究開発

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特徴・独自性

近年、高精細映像通信サービスやユビキタスネットワークの普及による情報の多様化に伴い、情報ネットワークと人との間を繋ぐヒューマンインターフェースとしてディスプレイは大容量化や高色再現といった表示の高品位化だけではなく、省電力化や高臨場感等の高機能化の実現が期待されている。当研究室では、液晶を用いた光の偏光および拡散の精密な解析・制御技術、ならびにそれに基づいた高性能ディスプレイシステムについて研究を行っており、これにより電子ブックやデジタルサイネージ等をはじめとした新しいメディアの創出、省エネルギー社会の実現に貢献することを目的としています。特に偏光の精密な解析と制御を可能とする偏光制御理論を確立すると共に、その応用として液晶分子の表面配向状態の解析および制御技術、液晶の広視野角・高速化技術、フィールドシーケンシャルカラー(色順次表示)方式を用いた超高精細ディスプレイ技術、超低消費電力反射型フルカラーディスプレイ、超大型・高品位ディスプレイなどについて研究を進めています。
また、インタラクティブ(双方向対話型)なコミュニケーション技術に基づいた情報社会の構築を想定した次世代高臨場感ディスプレイ技術についても研究を行っています。具体的には精密な光線方向制御に基づいた実空間裸眼立体ディスプレイおよび多視点ディスプレイに関する研究などがあります。以上のような技術をさらに進展させ、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
石鍋 隆宏 准教授 工学博士
ISHINABE, Takahiro Associate Professor

サンスクリット語

古代インドの宗教,言語,社会,生活

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特徴・独自性

ヴェーダと仏教との二領域に亘る、通時的視点に立つ点を研究の特色とする。その際、㈰ 原典の文法及びシンタクスの正確な理解に基づく精査と、㈪ 伝承の背景となる社会や実生活の解明とを基礎として常に心がけ、㈫ ヴェーダ文献並びにヴェーダ祭式、㈬ 古代インドの生活と社会、㈭ ヴェーダから仏教へと至る思想と社会との変遷(胎児発生と輪廻説、家系及び家族制度など)、㈮ 仏教教団の生活に重点を置いている。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

仏教興起に至る宗教および社会の変遷、ブッダの思想に関わる内容を、特に死生観を中心として紹介する。

文学研究科
西村 直子 准教授 博士(文学)
NISHIMURA, Naoko Associate Professor

酸素活性化

金属酵素の機構解明

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。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

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

酸素消費量

代謝解析装置の開発

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特徴・独自性

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

酸素センサー

酸素センサー・プロリル水酸化酵素(PHD)を標的とした虚血障害治療薬の開発

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特徴・独自性

全ての生物は酸素を利用してエネルギーを作り出し、生命活動を維持しています。ひとたび酸素濃度が低下すると、その活動が著しく妨げられ、場合によっては死に至ります。局所の低酸素状態が関連する病気の代表例としては、虚血性心疾患、脳卒中、腎臓病などが挙げられます。私たちは、プロリル水酸化酵素(PHD)が低酸素状態を感知するセンサーとして機能していることに着目し、これを制御することで虚血障害を治療する医薬の開発を推進しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

現在、いくつかのPHDを阻害する化合物を得ており、国内外の製薬メーカー等と連携して、非臨床試験から臨床開発へと進め、実用化を目指しています。

医学系研究科 附属創生応用医学研究センター 分子病態治療学分野
宮田 敏男 教授 医学博士
MIYATA, Toshio Professor

酸素分離膜

固体イオニクス材料のエネルギー変換・貯蔵・利用技術への応用

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特徴・独自性

固体イオニクスを中心として高度なエネルギー変換を実現するための機能性材料の開発を行っている。燃料電池や蓄電池の高性能化のためには、高いイオン伝導度と化学的安定性を有するイオン導電体や混合導電体が必要とされ、これら材料を酸化物の欠陥化学や熱力学に基づき探索し、デバイスに応用している。これまでに酸素分離膜型水素製造システムや全固体リチウム電池を開発している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

酸化物イオン・電子混合導電体は小型水素製造システムや燃料電池の電極材料、酸素吸蔵放出材料、純酸素の工業的利用と関連が深く、リチウム伝導体は発火の危険性のない全固体電池への応用が期待される。

工学研究科 知能デバイス材料学専攻
高村 仁 教授 博士(工学)
TAKAMURA, Hitoshi Professor

酸素飽和度

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

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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。

医工学研究科 医用イメージング研究分野
西條 芳文 教授 博士(医学)
SAIJO, Yoshifumi Professor

産地偽装検査

次世代DNA分析技術によるあらゆる生物の識別:個体・品種・集団・種・未知サンプル等の同定

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特徴・独自性

独自に開発した次世代DNA分析技術であるMIG-seq(MultiplexedISSR Genotyping by sequencing)法により、わずか数ngのDNA試料があれば、数千領域のDNA 情報を取得して、あらゆる生物を対象に個体・品種・集団・雑種・種・未知サンプルの同定を行うことができる。早く、安く、高い正確性で識別可能なのが大きな特徴である。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

作物品種の育成者権保護のための品種鑑定や、品種・産地偽装検査等、生物の「識別」を必要とする広い用途に利用できる。

農学研究科
陶山 佳久 准教授 博士(農学)
SUYAMA, Yoshihisa Associate Professor

残留応力

キャビテーションピーニング−泡で叩いて金属材料を強くする−

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特徴・独自性

流体機械に致命的な損傷を与えるキャビテーション衝撃力を、逆転発想的に、金属材料の疲労強度向上に活用するキャビテーションピーニングを開発しました。また、表面層の亀裂発生・亀裂進展を評価するために荷重制御型平面曲げ式疲労試験機を開発し、キャビテーションピーニングにより下限界応力拡大係数範囲が1.9倍に向上することを実証しました。また、キャビテーションピーニングによる水素脆化抑止も実証しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

用途に応じた複数のキャビテーションピーニング装置がありますので、キャビテーションピーニングの実用化に向けた共同研究を実施する企業を求めています。

工学研究科
祖山 均 教授 工学博士
SOYAMA, Hitoshi Professor

超臨界

超臨界水熱合成法による有機・無機ハイブリッドナノ粒子合成

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特徴・独自性

超臨界水を反応場とする有機修飾ナノ粒子の合成技術を発明した。超臨界反応場では有機分子と金属塩水溶液が均一状態で反応し、水分子が酸/塩基触媒として働き、有機修飾金属塩ナノ粒子を合成できる。このハイブリッドナノ粒子は有機分子を表面に有するため、溶剤に高濃度分散させてナノフルイッド、ナノインクとしたり、高分子とハイブリッド化させて有機・無機材料の機能を併せ持つ材料を創成することができる。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

窒化ホウ素の有機修飾ナノ粒子はポリマーに分散させて、高熱伝導材料として使用できる。また酸化チタン、酸化ジルコニウムの有機修飾ナノ粒子は、ポリマーなどに高濃度分散させることにより高屈折率レンズ製造に応用できる。また、高活性ナノ触媒としての利用も期待される。現在、本技術に基づいて、超臨界ナノ材料技術開発コンソーシアム(参加企業およそ80 社)が設立されており、産業への応用や国家プロジェクトの提案などを積極的に推進している。

材料科学高等研究所
阿尻 雅文 教授 工学博士
ADSCHIRI, Tadafumi Professor