東北大学 研究シーズ集

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超臨界

超臨界水中での反応プロセス開発

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特徴・独自性

当研究室では、超臨界水を反応場とする流通型反応プロセスの開発を行っている。高温高圧反応場では、水の物性が大きく変化し、水と油とガスが均一相を形成する。この状態では、水分子そのものが酸や塩基触媒として機能し、高速に反応が生じる。このような新規な反応場の利用には、プロセス開発をすすめながら反応場の相平衡、流動、反応速度論の理解に基づく、プロセスの設計基盤の確立が必要である。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

超臨界水中でのナノ粒子連続合成プロセス、超臨界水・亜臨界水中でのバイオマスの前処理・可溶化プロセス、超臨界水中での重質油の改質プロセスの開発を行っている。

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

超臨界法で合成された金属酸化物ナノ粒子を用いた炭化水素の低温改質反応

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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利用することで、サイズ、結晶面が制御された、様々な金属酸化物ナノ粒子の合成に成功している。低温域での酸素貯蔵/放出能力が非常に高く、有意な速度で酸化的炭化水素の改質反応が進行する。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

バイオマス廃棄物・重質油やメタンの低温改質反応。将来的には廃棄物・プラスチックのCO2フリー完全リサイクルをはじめとした低炭素社会構築につながる技術として期待される。

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

CT

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

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

ミリ秒オーダーX線トモグラフィの開発

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特徴・独自性

高感度なX線イメージング法と、強力な白色放射光により、世界最速となるミリ秒オーダー撮影時間(空間分解能約20 μm)で有機材料のX線CT(コンピュータトモグラフィ)に成功しています。軽元素から構成される試料のハイスループット3次元可視化や、ミリ秒時間分解能の4次元(3 次元+時間)トモグラフィへの応用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)

材料破壊、接着界面破壊、動的バイオミメティクス、省エネマイクロマシン、電池、インテリジェント材料などのミリ秒時間分解能3D観察が可能で、様々な新しい産学連携の可能性を期待しています。

多元物質科学研究所
矢代 航 准教授 博士(工学)
YASHIRO, Wataru Associate Professor

GPR

レーダリモートセンシング

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特徴・独自性

電磁波応用計測として衛星ならびに航空機搭載マイクロ波リモートセンシング(SAR)、地中レーダ(GPR)・電磁法(金属探知器)による地下計測、ポラリメトリックボアホールレーダによる地下水評価などについて研究を進めています。特に人道的地雷検知・除去を目的に開発したGPRシステムALISはカンボジアで地雷除去活動に実践的に利用されています。こうした技術は環境計測、埋設物検知、防災・減災などへの応用が期待できます。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

地中レーダ(地下水、土壌水分、地雷・危険物検知、遺跡調査、埋設物構造検査)
衛星・航空機搭載合成開口レーダ(環境計測、植生調査、対象物識別)
地表設置型合成開口レーダ(地滑りモニタリング、津波対策、構造物健全調査)

東北アジア研究センター
佐藤 源之 教授 工学博士
SATO, Motoyuki Professor

地雷検知センサー

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特徴・独自性

ALIS(エーリス)は東北大学が開発した人道的地雷除去用の地雷検知センサーです。金属探知機とGPR(地中レーダ)を組み合わせた日本初のハンドヘルド型デュアルセンサーであり、操作員が手動で操作し土に埋まった地雷を3 次元的に画像化できる世界で唯一のセンサーです。ALISプロトタイプはカンボジアで80個以上の地雷を検知・除去に成功しました。小型軽量の国産唯一の地雷検知センサーです。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

地雷除去の他、埋設物検知など

東北アジア研究センター
佐藤 源之 教授 工学博士
SATO, Motoyuki Professor

CMOSデバイス

高精度デバイスプロセス技術と新規イメージセンサ開発

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特徴・独自性

クリーンルーム・ユーティリティのレベルから、材料、装置、プロセス、デバイス、回路、実装、信号処理、計測・評価、信頼性に至るまでの研究に総合的に取り組みつつ、それらを基盤として、イメージセンサの極限性能の追及を行っています。
今までに、100 万個を超えるトランジスタ性能の高精度高速計測技術(2004 年)、明暗差5 ケタの単露光撮影を可能とした広ダイナミックレンジCMOS イメージセンサ(2008 年)、毎秒1000 万コマの撮影が行える高速CMOS イメージセンサ(2012 年)などの実用化に成功しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

デバイスメーカの量産ラインと相互乗り入れ可能な清浄度を有する200mmウェーハのシリコンデバイス流動が行えます。また、現有するクリーンルーム施設設備を利用した要素プロセス検討、高度な各種分析評価が行えます。新規イメージセンサの開発に取り組むことができます。

工学研究科 技術社会システム専攻
須川 成利 教授 博士(工学)
SUGAWA, Shigetoshi Professor

仕上面粗さ

ナノ精度機械加工による次世代光学素子創成

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特徴・独自性

日本の“ものづくり”がこれからも世界をリードしていくためには、海外の技術では到達できないような、より高い精度と付加価値をもった製品開発を強力に推進していかなければならない。そのためには、ナノオーダーの超平滑な表面並びにナノ精度の3 次元形状を有する構造体を創成する超精密加工技術と、原子や分子の加除を精繊な制御によって達成し、微細な構造体を創成する超微細加工技術の2つを駆使した生産加工技術の開発研究の促進が必要不可欠である。本研究は、前者の超精密加工技術をさらに進展させるための新しい加工法の開発を目指すものである。
1. 超安定・超精密自由曲面加工に関する研究
2.超精密切削加工に関する研究
■産学官連携の強化
本研究室では、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

ジェネリック

実践的かつ経営的処方を支援する薬品決定支援システムおよびプログラムの開発

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特徴・独自性

糖尿病における実地医療現場で実践的かつ経営的処方術を実施するための薬剤決定支援システムおよび薬剤決定支援プログラムを発明した(特許第4176438号)。
我が国の保健医療現場における医師の処方は1 剤205 円以内の6 剤投薬と規定されている。この制限を越えた投薬を施行した場合には薬価請求額の10% が減額されるしくみになっている。但し、服用法が同じで、かつ205 円以内に収まる複数の薬剤は1 剤とみなされ、6剤を越えた処方がなされても6 剤以下の処方と扱われる。
一方、我が国の高齢化社会では加齢に伴い糖尿病患者が増加している。糖尿病合併症を含めその治療薬を1 人の内科医が処方すると容易に6 剤投薬を超えてしまう。そこで医療経営的にジェネリック(後発品)の使用が不可欠となる。しかし、医師が先発品と後発品の医薬情報を薬価まで熟知し瞬時に処方を行うことは極めて難しい。本発明は主に糖尿病診療における内科医の処方技術を実践的かつ経営的に改善するものである。
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。
ソフトウエアのサンプルあり。

医工学研究科
野々垣 勝則 教授 医学博士
NONOGAKI, Katsunori Professor

ジオール

二酸化炭素とジオールからの直接ポリマー合成用触媒プロセスの開発

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特徴・独自性

二酸化炭素とジオールから一段階かつ触媒的ポリカーボネート合成に有効な酸化セリウムと2−シアノピリジンからなる触媒系を見出した。酸化セリウムは二酸化炭素及びアルコールの活性化に有効であり、2−シアノピリジンはポリカーボネート生成により生じる水を水和反応により効率的に除去し、平衡を生成物側に有利にすることで反応を促進する。さらに、バイオマスからのジオール合成技術を組み合わせることで、グリーンなポリカーボネートを合成可能になる。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

本技術は二酸化炭素の直接変換に有効であり、安価で安全な二酸化炭素の有効利用及び排出抑制に寄与できる触媒技術である。二酸化炭素の濃縮技術と組み合わせることで、大きな効果が期待される。

工学研究科 / レアメタル・グリーンイノベーション研究開発センター
冨重 圭一 教授 博士(理学)
TOMISHIGE Keiichi Professor

視覚情報処理

人間の視覚情報処理機能の解明とのインターフェース技術への応用

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特徴・独自性

人間の視覚処理について、運動視、立体視、色覚を中心とした受動的、初期レベルの機能から、注意、視線制御など能動過程、触覚など他の感覚との関連機能および無意識学習の特性など連合的機能まで、心理物理学、脳活動計測、計算機モデルを用いて総合的に研究している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

効果的映像表示装置や映像コンテンツの設計の提案、視機能に基づく画像や視環境の評価、視覚的注意モデルによる視線移動の予測などの応用的展開を試行している。

電気通信研究所
塩入 諭 教授 工学博士
SHIOIRI, Satoshi Professor

脳型計算機ハードウェアの開発と視覚情報処理への応用

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特徴・独自性

生体の優れた視覚機能を模擬した視覚情報処理システムの実現に向けて、運動視に基づく空間認識の神経回路網モデルの構築とその集積回路化について研究している。このモデルでは、対象物の移動方向と速度を知らなくても、到達時間・平面方位・最短距離を検出できる。このモデルを実時間で実行するために試作した集積回路は電力効率に優れ、従来の計算機の100 分の1 以下の消費電力で動作する。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

近年、インフラ点検・農業・物流の効率化を目的としたドローンの需要が急速に伸びている。本研究成果を応用することで、周囲の空間を正確に把握して衝突することなく自律的に飛行するドローンの実現が見込まれる。

電気通信研究所
佐藤 茂雄 教授
SATO, Shigeo Professor

歯科治療

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

自家発電

磁化反転過程

ナノ磁性体の磁化過程の高感度な電気的検出

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特徴・独自性

ナノサイズの強磁性体リング構造では、Onion 状態とVortex状態という特徴的な磁化状態を有します。特に磁化がリング周に沿うVortex状態では、リング端からの漏洩磁場が抑制され、かつ磁気モーメントの回転方向により右/ 左回り磁化状態(カイラリティ)を有することから、高密度磁気記録媒体への応用が期待されています。外部から印加する面内磁場方向を端子が接続されているリングの対称軸からずらすことで、Vortex状態のリングカイラリティを電気的に検出可能であることを理論・実験から明らかにしました(図1)。また、半導体ホール素子上に単一磁性体リングやディスクをのせることにより、SQUID等を用いることなく高感度に磁性体の磁化反転過程を検出することに成功しました(図2)。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

高感度磁場センサーや高密度磁気記録媒体への応用が考えられます。興味あるエレクトロニクス・材料関連企業へ学術指導を行います。

工学研究科
新田 淳作 教授 工学博士
NITTA, Junsaku Professor

歯科補綴装置

CAD/CAM応用に向けた歯列形態と咬合関係の高精度計測

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特徴・独自性

CAD/CAMによる歯科補綴装置の調製が実現されて久しいが、寸法精度は無調整で口腔に装着可能な程度に遠く及ばない。印象採得時の開口により顎骨や歯列が変形し、咬合関係に関するCADデータの精度が低下するためである。本技術は咬頭嵌合位のチェックバイト形状を用いて個々の歯冠形態を再配置し、咬合時の歯列形態や咬合状態を再現するもので、補綴装置が無調整で装着できる精度(0.04mm)を実現した。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

本法独自のチェックバイト法を現行の精密印象法もしくは光学印象法と併用するもので、種々の商用CADシステムに容易に応用可能である。高精度商用システム開発に向け、歯科関連企業との連携を希望する。

歯学研究科 口腔機能形態学講座 加齢歯科学分野
服部 佳功 教授 歯学博士
HATTORI, Yoshinori Professor

歯科用合金

歯科用抗菌性チタン合金の可能性

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特徴・独自性

従来の歯科材料開発は生体適合性や機械的性質に重きが置かれてきたが、抗菌性も重要と考えられる。特に歯科インプラントのように生体内外にまたがって用いられる場合に、術後の予後を大きく向上できると思われる。本研究では、チタンの機械加工性と機械的性質の向上を目的として開発したTi-Ag 合金について、歯科用抗菌性チタン合金の可能性を探った。その結果、Ti-Ag合金は、㈰表面へのバイオフィルムの付着を抑制することで、抗菌性を示した。㈪擬似体液中で表面に自然にリン酸カルシウムを形成し、骨伝導能良好と考えられた。㈫純チタンと同等の耐食性を示した。以上のことから、Ti-Ag合金は、生体にやさしく細菌付着に抵抗する新材料として歯科のみならず医学全般に大きく貢献すると期待される。本研究に関して興味のある企業や団体と共同研究を希望する。

歯学研究科
高橋 正敏 助教 博士(歯学)
TAKAHASHI, Masatoshi Assistant Professor

歯科用磁性アタッチメント

窒素固溶による磁気シールド材料を用いたニッケルフリー歯科用磁性アタッチメントの開発

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特徴・独自性

義歯やインプラントの上部構造などを維持する歯科用磁性アタッチメントでは、磁気回路により吸引力を増強するため、Ni を含む非磁性の磁気シール材料が用いられている。本研究では、磁性ステンレス鋼にN を周囲から固溶させて表面のみを非磁性化し、Ni を全く含まない磁気回路の形成と製造工程の低減を可能にする。このN 固溶法により、Niを全く含まず安全性の高い閉磁路型の歯科用磁性アタッチメントの製造が期待できる。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

Niを全く含まない歯科用磁性アタッチメントは、より安全性の高い維持装置を実現し、義歯に限らず脱着が容易な歯科用インプラントやエピテーゼなどの用途で医科及び歯科医療への応用が期待できる。

歯学研究科 歯科生体材料学分野
高田 雄京 准教授 工学博士
TAKADA, Yukyo Associate Professor

時間分解能

高時間分解能・高速での放射線計測

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特徴・独自性

放射線検出器の一つであるシンチレーション検出器に搭載する、シンチレータというセンサーについての研究です。放射線の到達時刻を精密に決定する特性を有しながら、X線やガンマ線などの光子としての放射線を高い効率で検出可能な材料を実現しました。ポリマーをベースとした有機材料に、重い元素の酸化物ナノ粒子を高い充填率にて添加することにより、この特性を実現しました。基礎科学の研究現場、特に高強度のX 線を利用する放射光施設などでの計測器として、あるいは次世代型のX線CT 装置への搭載用として想定しています。

工学研究科
越水正典 准教授
KOSHIMIZU, Masanori Associate Professor