東北大学　研究シーズ集

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さ 行
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そ

〈ソーシャル・キャピタル〉

非営利組織（NPO）とソーシャル・キャピタル

 
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特徴・独自性
  • 地域や社会課題の解決や新たな社会的価値の創造を目指して活動しているNPO。NPO には、政府や市場の失敗を補完する役割だけではなく、市民性の創造や、信頼や規範、ネットワークといったソーシャル・キャピタル（社会関係資本）を地域に創出する役割もある。目に見えないソフトな資本であるソーシャル・キャピタルは、持続可能な組織経営にとっても重要性を増してきている。
  • 本研究では、地域や組織におけるソーシャル・キャピタルを測定し、その実態を把握し、NPO との協働や人材育成という視点もふまえて、どのようにソーシャル・キャピタルを創出し活用するかについて、関心のある企業や団体と共同研究を行うことを希望する。
実用化イメージ

研究者

大学院経済学研究科 経済経営学専攻 医療福祉講座

西出 優子  

Yuko Nishide

環境にやさしい都市構造と環境配慮行動の促進に関する研究

 
 
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特徴・独自性
  • 低環境負荷社会への移行には、技術革新以上に私たちの意識改革が必要です。そのためには、リサイクル等も含め、QOL（Quality of Life）を低下させない範囲で資源消費の最小化を図ることが重要になります。本研究では、主に環境負荷の小さなライフスタイルやコンパクトシティを実現させる方策について、心理学をベースに検討しています。つまり、心理学を使い、人の行動をより環境にやさしいものに変える方策を検討しています。
実用化イメージ

広い意味でのまちづくりにおいて、人の心理や行動を計測し、それを変える方法を提案するものです。そのため、マーケッティング分野や都市計画分野との連携が可能です。

研究者

大学院国際文化研究科 国際文化研究専攻 国際環境資源政策論講座

青木 俊明  

Toshiaki Aoki

〈相安定性〉

状態図と材料開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 金属、セラミックスにおける状態図の実験的決定と計算状態図の研究を行っています。状態図を基に、優れた性能や特異な機能性を有する新しい構造材料（鉄合金、銅合金、耐熱材料etc.）や機能材料（形状記憶合金、超弾性合金etc.）の提案と、ミクロ組織制御・特性評価を通した材料設計を行っています。特に、相変態を利用した単結晶製造方法の開発や、新規形状記憶合金の開発と制震部材への展開などに取り組んでいます。
実用化イメージ

新規材料開発における基盤技術として、相平衡や状態図を知りたい、ミクロ組織と特性の関係を明らかにしたい、といったニーズに対して連携の可能性があります。

研究者

大学院工学研究科 金属フロンティア工学専攻 創形創質プロセス学講座（計算材料構成学分野）

大森 俊洋  

Toshihiro Omori

〈創エネルギー〉

機能性粉体プロセスの創成とシミュレーションによる粉体プロセスの最適化

概要

粉体プロセスを自在に精緻に制御するためのツールとしてのシミュレーション法の創成を行っている。本シミュレーションによって、粉体プロセスを最適化することにより、省エネルギー化や省資源化を図っている。また、粉体プロセスの一つである粉砕操作によって発現するメカノケミカル現象を積極的に活用し、都市鉱山からの金属リサイクルやバイオマスからの創エネルギーに関する研究を展開している。

従来技術との比較

これまで予測や最適化設計できなかった粉砕や混合プロセスを粉体シミュレーションによって可能にし、粉体プロセスの予測や設計、最適化を可能にした。

特徴・独自性
  • 粉体シミュレーションを活用して粉体プロセスの予測や設計を行うこと。
実用化イメージ

粉体プロセスにおいては、実験室レベルから工業レベルへのスケールアップの方法が確立されていない。粉体シミュレーションによって、工業レベルのスケールアップ機の条件予測を可能にすること。

研究者

多元物質科学研究所 附属金属資源プロセス研究センター 機能性粉体プロセス研究分野

加納 純也  

KANO Junya

〈相界面〉

ナノスケールの構造と組成不均一性を利用した鉄鋼材料の組織制御

概要

安全性を確保しつつ、自動車の燃費改善または構造物の小型化を実現するため、最も多く使われている鉄鋼材料の高強度化が求められる。これまで合金組成や熱処理プロセス条件を変えることで材料全体の平均的な組織制御が行われてきたが、ナノスケールの組織制御が未成熟である。本研究では、これまでの実験調査で困難であったナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査し、高強度鋼組織制御の指針構築に取り組んだ。

従来技術との比較

従来では鉄鋼材料の組織制御は経験的な条件に基づくことが多いが、本研究では熱力学・速度論・結晶学などの知識に基づき鉄鋼材料におけるナノスケールの組成・構造不均一性の挙動を解明した。

特徴・独自性
  • 様々な先端技術を組み合わせた多面的解析手法で実験調査を行い、ナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査した。
  • 実験結果をもとに、熱力学・速度論・結晶学などの観点で解析を行うことにより、その不均一性におよぼす諸因子の影響を解明した。
  • 実験解析に留まらず、熱力学データを活用してその挙動の再現、さらに予測ができるような理論計算も同時に実施した。
実用化イメージ

鉄鋼材料の高強度化に基づき、自動車をはじめとした輸送機器の軽量化または構造物の小型化が可能となり、素材製造や輸送分野のCO2削減の観点でカーボンニュートラルの実現への貢献が期待される。

研究者

金属材料研究所 材料設計研究部 金属組織制御学研究部門

張 咏杰  

Yongjie Zhang

〈臓器間ネットワーク〉

糖尿病治療にむけた臓器間神経ネットワーク調節デバイスの開発

 
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特徴・独自性
  • 糖尿病患者は種々の合併症を惹き起こし、失明や血液透析などの主要な原因となっているなど、社会的に大きな問題となっている。1 型のみならず2 型の糖尿病でも膵β細胞の数が減少していることが示され、膵β細胞を体内で再生させることができれば、有望な糖尿病治療となる。再生治療といえば、iPSなどの未分化細胞を試験管内で増殖・分化させ移植する研究が行われることが多いが、克服すべき問題も多い。
  • 我々は、膵β細胞を増加させる肝臓からの神経ネットワークを発見し、膵β細胞を選択的に増殖させることに成功（図）し、モデル動物での糖尿病治療に成功した（Science 2008）。これらの神経ネットワークを人為的に制御することにより、患者体内で、あるべき場所において患者自身の細胞を増やして糖尿病の治療につなげるデバイスの開発を目指す。
実用化イメージ

研究者

大学院医学系研究科 医科学専攻 内科病態学講座（糖尿病代謝内科学分野）

片桐 秀樹  

Hideki Katagiri

肥満治療にむけた臓器間神経ネットワークを制御する薬剤やデバイスの開発

 
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特徴・独自性
  • 全身での体重調節の仕組みとして、神経ネットワークが重要な役割を果していることを発見した。脂肪組織からの神経シグナルは過食の抑制に働くこと、肝臓からの神経シグナルにより基礎代謝が調節されそれにより体重の増加や減少がもたらされることなどを解明した。そこで、これらの神経ネットワークを人為的に制御することにより、過食の抑制や基礎代謝の増加を惹起し、食事・運動療法に頼らずとも減量できるようにする肥満症の治療につなげる薬剤やデバイスの開発を目指す。
実用化イメージ

肥満は種々の代謝異常を惹き起こし（メタボリックシンドローム）、動脈硬化につながる。動脈硬化は我が国の主要な死因の一つで、社会的にも喫緊に解決すべきテーマである。その克服策の開発はマーケットも巨大でインパクトも大きい。

研究者

大学院医学系研究科 医科学専攻 内科病態学講座（糖尿病代謝内科学分野）

片桐 秀樹  

Hideki Katagiri

〈送受信機〉

次世代ワイヤレスIoT実現のための無線機ハードウェアおよび通信システムの研究

 
 
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特徴・独自性
  • 電波が吸収され届きにくかった人体内と体外をつなげる通信、工場内などの高密環境でも干渉を低減しリアルタイム性を実現する通信、周波数資源をディジタルビームフォーミングにより空間的・時間的に分割して有効利用できる通信など、次世代ワイヤレスIoTに関する研究を、デバイス・回路・実装・ディジタル信号処理技術から送受信機・サブシステムに至るまで一貫して研究・開発を行っている。
実用化イメージ

・当研究室で開発したリアルタイムスペクトラムモニタによる、各種無線通信機器間干渉の見える化
・5Gで注目されているミリ波、サブテラヘルツ無線の送受信機、デバイス、アンテナの評価、開発などの技術支援

研究者

電気通信研究所 情報通信基盤研究部門 先端ワイヤレス通信技術研究室

末松 憲治  

Noriharu Suematsu

〈相平衡〉

ヒトの五感に訴える新製品・新分野を開発－亜臨界溶媒分離法における実験と理論の開発―

 
 
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概要

超臨界／亜臨界抽出分離技術とは、水や二酸化炭素等の物質を高圧・高温にした際に、それらが液体と気体の両方の性質を併せ持った流体（超臨界/亜臨界流体）となることを利用し、その流体を用いてこれまで分けられなかった様々な物質を抽出分離できる技術です。特に亜臨界抽出では、より温和な条件での抽出分離を実現しています。有機溶剤を使用しないグリーンな抽出分離プロセスや装置、理論の研究開発を行っています。

従来技術との比較

開発した亜臨界溶媒分離法は，在来型の蒸留・抽出・分離等の化学工学プロセスとは異なり，大幅なスケールダウンを実現できることがメリットです。

特徴・独自性
  • 水，エタノール，二酸化炭素等の環境溶媒のみを製造工程に用いることができる
  • SDGsの推進
  • 日本発の医薬食品・飲料・化粧品・化成品等の製造工程のグリーンイノベーション
  • これまでに分離できなかった、利用できていなかった有用成分の利活用
実用化イメージ

低極性・高極性化合物や沸点の異なる化学物質の分離に長けています．クロマト法の精密性には及びませんが，物質群としての分離・分画操作には向いています．医薬食品・飲料・化粧品・化成品等の分野に応用できます。

研究者

大学院工学研究科 附属超臨界溶媒工学研究センター 溶媒要素技術部

大田 昌樹  

OTA Masaki

状態図と材料開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 金属、セラミックスにおける状態図の実験的決定と計算状態図の研究を行っています。状態図を基に、優れた性能や特異な機能性を有する新しい構造材料（鉄合金、銅合金、耐熱材料etc.）や機能材料（形状記憶合金、超弾性合金etc.）の提案と、ミクロ組織制御・特性評価を通した材料設計を行っています。特に、相変態を利用した単結晶製造方法の開発や、新規形状記憶合金の開発と制震部材への展開などに取り組んでいます。
実用化イメージ

新規材料開発における基盤技術として、相平衡や状態図を知りたい、ミクロ組織と特性の関係を明らかにしたい、といったニーズに対して連携の可能性があります。

研究者

大学院工学研究科 金属フロンティア工学専攻 創形創質プロセス学講座（計算材料構成学分野）

大森 俊洋  

Toshihiro Omori

〈高圧相平衡〉

超臨界流体の物性に立脚した抽出分離、洗浄、ポリマー加工

 
 
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特徴・独自性
  • 超臨界流体に関する基礎的な物性として、高温高圧下での密度、粘度の測定と推算、高温での水素結合特性についての研究を行っている。また、それらを利用した応用技術として、天然物の分離、クリーニング洗浄、ポリマー可塑化を利用した塗膜生成、重質油改質、バイオマスのカスケード利用、それに藻類バイオマス利用技術についての研究を実施している。
実用化イメージ

洗浄技術：精密機械部品、光学部品など。
天然物分離：食品、サプリメント、香料。
ポリマー可塑化：機能性樹脂、電子部品材料など。

研究者

未来科学技術共同研究センター 開発研究部 超臨界ナノ材料技術の社会実装

猪股 宏  

Hiroshi Inomata

〈相変化〉

凝固現象を伴う先端ダイカストプロセスシミュレーション

 
 
 
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特徴・独自性
  • ダイカストの特性上，実機でデータの取得は困難である．そこでダイカストプロセスに関する数値解析的アプローチが注目されており，数値解析から得た情報を鋳造方案に落とし込むことで試作回数を減らし，製品開発までのリードタイム・コストを削減することが期待されている．本研究では，高圧ダイカストプロセスにおける自由表面を伴うMold 内部アルミニウム溶湯の凝固現象を伴う混相流動解析を実施した．
実用化イメージ

自動車業界，自動車サプライヤー，鋳造産業への応用が期待される．本解析手法により，先端ダイカストにおける金型内部状態を精度よく再現し，解析結果をもとに鋳巣発生の原因を特定することが可能となる．

研究者

流体科学研究所 附属統合流動科学国際研究教育センター 混相流動エネルギー研究分野

石本 淳  

Jun Ishimoto

〈相変化伝熱〉

マイクロ流路内の相変化伝熱による高熱流束冷却機構

 
 
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特徴・独自性
  • 発熱密度が増大しているシステムにおいて高性能な冷却を達成するために、微細な流路内の沸騰現象を制御し、熱輸送量を高める研究を行っています。沸騰現象の厳密な数値シミュレーションや一次元簡易沸騰シミュレーションを駆使し、理論的な予測に基づく冷却システムの設計を目指しています。
実用化イメージ

発熱密度が増大する情報通信システム用のデバイスや電気自動車等の電力制御システムの冷却が応用先として考えられます。また、理論解析を通じた既存の冷却システムの熱解析や最適化なども対象になります。

研究者

流体科学研究所 複雑流動研究部門 先進流体機械システム研究分野

岡島 淳之介  

Junnosuke Okajima

〈相変化メモリ〉

低消費電力と長期信頼性に優れる相変化メモリ材料の開発

 
 
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特徴・独自性
  • 相変化材料を用いた不揮発性相変化メモリ(PCRAM) が注目されている。現在、Ge-Sb-Te 系材料がPCRAMに使われているが、融点が高いためデータ書込み消費電力が高く、結晶化温度が低いため耐熱性に劣るという問題がある。我々は、融点が低く、かつ耐熱性に優れるGe-Cu-Te 系等の新規相変化材料の開発を行っており( 図１、２ )、材料の相変化機構や消費電力、データ書換え速度等の性能を検証している。
実用化イメージ

新規相変化材料は不揮発性メモリへの適用が想定されますが、この技術を活用したい、また興味がある企業や団体との共同研究を希望しております。

研究者

大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻 ナノ材料物性学講座（極限材料物性学分野）

須藤 祐司  

Yuji Suto

〈相変態〉

ナノスケールの構造と組成不均一性を利用した鉄鋼材料の組織制御

概要

安全性を確保しつつ、自動車の燃費改善または構造物の小型化を実現するため、最も多く使われている鉄鋼材料の高強度化が求められる。これまで合金組成や熱処理プロセス条件を変えることで材料全体の平均的な組織制御が行われてきたが、ナノスケールの組織制御が未成熟である。本研究では、これまでの実験調査で困難であったナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査し、高強度鋼組織制御の指針構築に取り組んだ。

従来技術との比較

従来では鉄鋼材料の組織制御は経験的な条件に基づくことが多いが、本研究では熱力学・速度論・結晶学などの知識に基づき鉄鋼材料におけるナノスケールの組成・構造不均一性の挙動を解明した。

特徴・独自性
  • 様々な先端技術を組み合わせた多面的解析手法で実験調査を行い、ナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査した。
  • 実験結果をもとに、熱力学・速度論・結晶学などの観点で解析を行うことにより、その不均一性におよぼす諸因子の影響を解明した。
  • 実験解析に留まらず、熱力学データを活用してその挙動の再現、さらに予測ができるような理論計算も同時に実施した。
実用化イメージ

鉄鋼材料の高強度化に基づき、自動車をはじめとした輸送機器の軽量化または構造物の小型化が可能となり、素材製造や輸送分野のCO2削減の観点でカーボンニュートラルの実現への貢献が期待される。

研究者

金属材料研究所 材料設計研究部 金属組織制御学研究部門

張 咏杰  

Yongjie Zhang

〈創薬〉

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。
実用化イメージ

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。

研究者

大学院医学系研究科 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  

Toshio Miyata

オートファジーを用いる創薬技術AUTAC

特徴・独自性
  • 低分子医薬が抱える最も大きな問題は、その適用範囲の狭さにある。現在、タンパク質の８割がアンドラッガブルである。この現状を打破する手法（モダリティー）として、デグレーダーが注目されている。
  • デグレーダーは疾患原因物質を分解除去する機能を持ち、従来の低分子医薬の概念を革新する分子である。私たちのAUTAC は選択的オートファジーを活用した世界初のデグレーダーである。細胞内の有害タンパク質や機能不全ミトコンドリアの分解を促進することができる。他のデグレーダー（例えばPROTAC) では、ミトコンドリア分解は適用範囲外であり、AUTAC はオートファジー誘導剤ならではの優れた特徴を持っている。
実用化イメージ

創薬型の製薬企業との連携やライセンスアウトが期待される。

研究者

大学院生命科学研究科 分子化学生物学専攻 ケミカルバイオロジー講座（分子情報化学分野）

有本 博一  

Hirokazu Arimoto

〈創薬支援〉

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。
実用化イメージ

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。

研究者

電気通信研究所 人間・生体情報システム研究部門 ナノ・バイオ融合分子デバイス研究室

平野 愛弓  

Ayumi Hirano

〈測定〉

放射光による原子スケールの構造測定

 
 
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概要

主に放射光の回折を用いて、高い精度で構造観測を行います。エピタキシャル薄膜や固液界面など，計測技術が確立していない測定対象を見るのが特徴です。

従来技術との比較

大強度の放射光と，情報科学を併用することで，標準的なX線構造解析の手法が適用できない物質の構造を明らかにします。

特徴・独自性
  • 周期性が完全でない物・表面や界面の構造解析を行う。
  • 有機半導体の表面構造緩和
  • 酸化物の界面構造
  • ある程度平滑な表面（AFMで見える程度，ステップ表面）があれば、その表面近傍の構造を非破壊・非接触で0.01nmの精度で決める事が可能
実用化イメージ

固液界面でのプロセスの進行過程を見るような応用が考えられます。 図1:測定セットアップ，図2：20ms露光でのX線反射率測定による固液界面構造観測例

研究者

大学院理学研究科 物理学専攻 電子物理学講座（微視的構造物性分野）

若林 裕助  

Yusuke Wakabayashi

気相化学種の同時定量技術・ソフトウェア

 
 
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概要

フーリエ変換赤外線分光法 (FT-IR) を用いて、活性酸素・窒素種 (O3、 H2O2、 NOx、 HNOx)やSOx、 COx等の気相化学種を同時に定量する技術を開発しています。

従来技術との比較

標準ガスを用いた校正曲線からの密度定量は、標準ガスとして入手できない化学種に対応できない等の問題を抱えていました。
本技術は、 標準ガスの校正をせずに、20種を超える化学種の同時定量を可能にします。

特徴・独自性
  • 手軽に1クリックで同時密度定量可能なソフトウェア
  • 化学種の吸収断面積データベースを使用
  • 様々な装置関数や測定条件に対応可能
実用化イメージ

気相化学種を密度定量したいという様々なニーズに対して、直接貢献できる。

研究者

大学院工学研究科 電子工学専攻 物性工学講座（プラズマ理工学分野）

佐々木 渉太  

Shota Sasaki

東北大学　研究シーズ集

研究分野

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