東北大学 研究シーズ集

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パーキンソン病

ヒト間葉系細胞からの神経細胞誘導と神経変性疾患への応用

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特徴・独自性

骨髄間葉系細胞はすでに臨床応用されており、腫瘍形成能が無い。我々はNotch 遺伝子導入と浮遊培養を組み合わせることで神経前駆細胞を作り出すシステムを開発し、脳梗塞での有効性を示した。さらにGDNFによりドーパミン神経となり、ラットでパーキンソン病の機能改善が確認された(J. Clin. Invest, 2004)。さらにパーキンソン病サルの脳内へ自己細胞移植することで運動障害や脳内ドーパミン機能を長期間にわたり改善し、腫瘍形成や副作用が現れないことを分子イメージング技術で明らかにした。霊長類動物における世界で初めての成果でJ. Clin. Invest( 2013)に掲載され、Nature Review Neurosci、LosAngeles Times など主要な雑誌やメディアで取り上げられた。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

神経前駆細胞、ドーパミン神経、共に脳梗塞やパーキンソン病の治療開発に有効である。さらに神経系に作用する薬剤開発に置けるスクリーニングにも応用できる。

医学系研究科
出澤 真理 教授 医学博士
DEZAWA, Mari Professor

バーチャルリアリティ

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

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

ハードウェアアルゴリズム

サイバーフィジカルシステムの情報セキュリティ技術とその応用

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特徴・独自性

実世界とサイバー空間のコンピューティングが融合する次世代ICT 社会に向けた情報セキュリティ技術の研究を行っています。特に、暗号や誤り訂正符号等のセキュリティ機能を超高速・極低電力で行うHWおよびSWコンピューティング、システムを各種物理攻撃(システムに物理的にアクセスして行う攻撃)から守るセキュア実装技術、システムの利用環境(情報環境や電磁環境)に応じたセキュリティ最適化技術の関する研究を中心に行っています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

情報セキュリティ技術の分野における産学連携を進めることができます。特に、組込みシステムセキュリティに関して、これまでに多くの国内外企業、大学、研究機関などと連携した実績があります。

電気通信研究所
本間 尚文 教授 博士(情報科学)
HOMMA, Naofumi Professor

ハードウェアセキュリティ

サイバーフィジカルシステムの情報セキュリティ技術とその応用

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特徴・独自性

実世界とサイバー空間のコンピューティングが融合する次世代ICT 社会に向けた情報セキュリティ技術の研究を行っています。特に、暗号や誤り訂正符号等のセキュリティ機能を超高速・極低電力で行うHWおよびSWコンピューティング、システムを各種物理攻撃(システムに物理的にアクセスして行う攻撃)から守るセキュア実装技術、システムの利用環境(情報環境や電磁環境)に応じたセキュリティ最適化技術の関する研究を中心に行っています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

情報セキュリティ技術の分野における産学連携を進めることができます。特に、組込みシステムセキュリティに関して、これまでに多くの国内外企業、大学、研究機関などと連携した実績があります。

電気通信研究所
本間 尚文 教授 博士(情報科学)
HOMMA, Naofumi Professor

バイオFETセンサ

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

バイオインターフェース

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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特徴・独自性

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

バイオエタノール

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

バイオ関連機器

IVRによる高血圧根治術-副腎静脈サンプリング技術を応用した原発性アルドステロン症の低侵襲治療-

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特徴・独自性

リジッドタイプのRF ディバイス(プロサージアプリケーター)を含むラジオ波焼灼システム(バイポーラRFA システムCelonPOWER)により、2 極針を用いての300 〜500kHz の高周波電流、40W 程度の電力で副腎腺腫組織の焼灼を可能とする機器の開発及び治験を行う。
これにより、高血圧の10%を占め、我が国に400 万人の患者が潜在するとされる頻度の高い副腎性二次性高血圧である原発性アルドステロン症の低侵襲治療完成を目指す。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

高血圧の原因となるアルドステロン産生腺腫焼灼ディバイスとして、医療機器・カテーテル関連企業との焼灼針の共同開発を行う。また、画像診断にて検出困難な機能性微小腺腫焼灼用ワイヤー型焼灼ディバイスとアルドステロン迅速アッセイ法の共同開発を目指す。

医学系研究科
高瀬 圭 教授 医学博士
TAKASE, Kei Professor

バイオセンサ

ソフトでウェットな計測・発電デバイス

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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。

工学研究科 バイオロボティクス専攻
西澤 松彦 教授 工学博士
NISHIZAWA, Matsuhiko 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

バイオチップ

ソフトでウェットな計測・発電デバイス

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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。

工学研究科 バイオロボティクス専攻
西澤 松彦 教授 工学博士
NISHIZAWA, Matsuhiko Professor

バイオディーゼル燃料

イオン交換樹脂を触媒とした高品質脂肪酸エステル連続製造技術

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特徴・独自性

軽油代替燃料バイオディーゼルとなる脂肪酸エステルを、従来法では利用できない非食用の低品質原料(食用油製造工場で排出する脂肪酸油や酸価の高いジャトロファ油)でも反応率100% で連続製造できるパイロットスケールの全自動装置を完成させた。固体の酸・アルカリ触媒としてイオン交換樹脂を用いることで、石鹸の副生をなくし、同時に副生物除去を達成することで、輸送用燃料の品質規格を満たす高品質品を低コストで生産できる。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

食用油製造工場で排出するアルカリ油滓やダーク油、脂肪酸油から脂肪酸エステル製造が可能。化学原料として脂肪酸エステル製造を実施する企業、天然油から有価物回収時にエステル化工程を用いる企業との連携が可能。

工学研究科
北川 尚美 教授 博士(工学)
SHIBASAKI-KITAKAWA, Naomi Professor

バイオ電池

ソフトでウェットな計測・発電デバイス

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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。

工学研究科 バイオロボティクス専攻
西澤 松彦 教授 工学博士
NISHIZAWA, Matsuhiko Professor

バイオテンプレート

超低損傷プロセスによる革新的グリーンナノデバイス開発

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特徴・独自性

全く新しい概念であるバイオテンプレート極限加工技術を開発し、あらゆる材料の表面で均一・サイズ制御・無欠陥・高密度で規則配置した量子ドットアレイを実現しました。この技術を応用し、従来にない高効率かつ安価な量子ドット太陽電池、高輝度量子ドットレーザーや超高速グラフェン・ゲルマニウムトランジスタなどの創エネルギー、畜エネルギー、省エネルギーデバイスの研究を行っています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

量子ドットを利用した太陽電池・レーザー等のナノデバイス、グラフェン・ゲルマニウムトランジスタなどの低消費電力デバイス、プラズマ・ビーム加工、薄膜堆積、ドーピング、表面改質プロセス等の基盤技術に関する共同研究が可能です。

流体科学研究所 附属未到エネルギー研究センター グリーンナノテクノロジー研究分野
寒川 誠二 教授 工学博士
SAMUKAWA, Seiji Professor

バイオハイブリッド

バイオミメティック材料・自己組織化

特徴・独自性

当研究室では、㈰生物から得られたヒント(材料デザイン)を基に、㈪ナノ材料や機能性高分子などの合成物を、㈫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。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

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

バイオリファイナリー

タンパク質デザインをシーズとした未踏ナノ材開拓とバイオテクノロジーの異分野展開

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特徴・独自性

ドメイン単位とした蛋白質の構造情報と進化工学を利用して、ボトムアップに目的構造・機能を持つ蛋白質分子をデザインする技術構築を行い、蛋白質研究を真の「工学」へ脱皮させることを目指しています。これまでに、無機材料を室温合成できる蛋白質や無機材料表面を識別し接着できる蛋白質の創生やナノ材と酵素タンパク質のハイブリッド化技術による高機能セルラーゼの開発などに成功しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

バイオセンサー、バイオプローブ、固相基質を対象にした高機能ハイブリッド酵素。

工学研究科
梅津 光央 教授 博士(工学)
UMETSU, Mitsuo Professor

バイオフィルム

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

口腔バイオフィルム機能解析システム:「何がいるか?」から「何をしているか?」まで

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特徴・独自性

歯、舌、口腔粘膜には、500 種を超す膨大な数の微生物がバイオフィルムを形成し、齲蝕、歯周病、口臭などの口腔疾患、さらには歯科材料劣化の原因となります。
私どもは、構成菌種や機能(代謝)をメタゲノム、メタボロミクスといったオミクス技術や最新の検出技術で解析すると共に、その多くが嫌気性菌である構成菌を生きたまま取り出し、高度嫌気性実験システムを用いて機能解析を行っています。「何がいるか?」から「何をしているか?」までを知ることで、初めてその制御(予防と治療)が可能となります。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)

口腔バイオフィルム性疾患(齲蝕、歯周病、口臭、誤嚥性肺炎など)のリスク診断
・ 薬剤や食材の口腔バイオフィルム機能への効果
・バイオフィルム性材料劣化の評価

歯学研究科 口腔生化学分野
高橋 信博 教授 博士(歯学)
TAKAHASHI, Nobuhiro Professor

バイオフォトニクス

極限機能半導体レーザとナノイメージング応用

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特徴・独自性

半導体レーザの極限機能を追求して世界最先端の高機能光源の開発を進めています。その目標性能は、電気的制御による超短時間幅パルス性、キロワット級以上の高ピークパワー性、紫外線から赤外線にわたる超広帯域での波長選択性などです。また、開発光源を駆使して、生体組織深部のイメージングや分子構造レベルでの生体組織診断、さらに超解像ナノイメージングなど実現が切望されている応用計測技術の研究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)

半導体ナノ構造の制御による超高性能半導体レーザの開発とそれを心臓部とする超短パルス性や高ピークパワー性などを備えた光源の産業実用化、さらにこの光源を用いた先端バイオメディカル計測システムの開発など。

未来科学技術共同研究センター
横山 弘之 教授 工学博士
YOKOYAMA, Hiroyuki Professor