東北大学　研究シーズ集

EN

ら行のキーワード 124ワード

ら 行
研究テーマを一覧表示

ら

〈LiDAR〉

困難な実環境下で機能するタフなサイバーフィジカルAI

 
前の画像
次の画像
後付け運転ロボットを利用した大型ダンプトラックの自動運転
サイバー救助犬
前の動画
次の動画
概要

身体性を持って実世界で稼働するタフ・サイバーフィジカルAIの重要性が急速に高まっています。特に、SDGs や災害対策など、重大な社会課題や産業課題の解決に資する科学技術に対するニーズが顕在化しています。サイバーフィジカルAI が困難な環境下で機能するための高度化、すなわち、システムの頑健性、柔軟性、適応性、それに基づく広い適用性を目指す研究開発を行っています。

従来技術との比較

災害救助や保守点検等は，作業者に危険が伴うこと、及び、作業精度の点で限界があった。そのような領域にAIやロボット技術を適用することで，これまで実現できなかった安全かつ高精度かつ迅速な作業が可能となる。

特徴・独自性
  • 実世界で自律的に稼働するタフ・サイバーフィジカルAI の研究を行っています。下記のような幅広い技術革新を推進しています。
  • ・困難環境を探査するクローラロボットや球殻ガードを装備したドローン
  • ・LiDAR やカメラを融合した高精細3D セマンティック地図構築
  • ・困難環境の認識やSLAM や動作生成を行う頑健な知能化ソフトウェア
  • ・後付けで運転ロボットを搭載して自動運転を実現するレトロフィット技術
  • ・イヌの能力を支援/ 拡張するサイバー救助犬
実用化イメージ

タフ・サイバーフィジカルAI を建設業、製造業、物流、ペット産業などに導入し、効率化と人手不足解消、防災・減災への寄与を目指します。

研究者

タフ・サイバーフィジカルＡＩ研究センター

大野 和則  

Kazunori Ohno

〈ライフサイクルアセスメント〉

エコマテリアルプロセス

 
前の画像
次の画像
特徴・独自性
  • 溶融鉄合金・スラグの熱力学的性質、反応速度論、複合酸化物の相平衡など、鉄鋼を中心とした金属製造プロセスに関する物理化学的基礎研究、金属スクラップや廃棄物リサイクルの熱力学、スラグを利用した炭酸ガス固定化等、環境関連の研究を行っている。最近では、従来行ってきた素材製造プロセス工学に基礎を置く研究手法に、計量経済学、LCA、物質フロー分析などを融合させ、他に類を見ない独特の環境研究を展開している。
実用化イメージ

高炉、電炉鉄鋼メーカーとは従来より強く連携して研究を進めてきたが、スラグ等製錬副生物の高度資源化のために、非鉄メーカー、廃棄物中間処理事業者、行政とも連携していきたい。

研究者

未来科学技術共同研究センター 開発研究部 次世代冶金工程開発プロジェクト

長坂 徹也  

Tetsuya Nagasaka

〈ライフサイクル分析〉

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

 
 
 
前の画像
次の画像
概要

従来技術との比較

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。
実用化イメージ

これまでに共同研究・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考えています。

研究者

大学院環境科学研究科 先進社会環境学専攻 環境政策学講座（環境・エネルギー経済学分野）

松八重 一代  

Kazuyo Matsubae

〈ラット〉

実験動物における脳波、心電図、自律神経信号などの生理学的計測

概要

実験動物を用いた基礎生理学の研究において、脳波、心電図、自律神経信号などを同時に計測することで、全身の動的連関を理解することに貢献する。これらの信号は、ヒトでも共通するものが多いため、有用な生理マーカーとしての指標の１つになると期待される。

従来技術との比較

これまでの生理計測では、脳のみ、心臓のみ、など単一の臓器を扱ったものであったが、本技術では、すべての信号を同時に計測できる点が強みである。

特徴・独自性
  • 中枢末梢連関を介した生体応答が、いつ、どこで、どのように生じるか、より直接的に解析し、定量的に評価することができます。他の分子生物学や生化学実験との融合が自由に行うことができます。3D プリンターなど工学的な利点も活かして、標的領域を自由に選択することができます。
実用化イメージ

生理信号は、動物とヒトでも共通するものが多いため、臨床診断やこころの読み取りなどを目指した指標の選定、デバイス開発への貢献が期待されております。

研究者

大学院薬学研究科 生命薬科学専攻 生命解析学講座（薬理学分野）

佐々木 拓哉  

Takuya Sasaki

〈RANKL〉

new抗酸化能を活用する骨破壊性疾患の阻止

 
前の画像
次の画像
概要

骨破壊性疾患（歯周病・顎骨壊死・関節リウマチ等）の病態中心には破骨細胞の過剰活性化がある。破骨細胞の分化・活性化を誘導するRANKLの細胞内シグナル伝達には活性酸素種（ROS）が重要な役割を担っている。一方、ROSは過剰蓄積により細胞傷害をきたすため、細胞はその防御機構として転写因子Nrf2を介した抗酸化酵素群の発現増強による抗酸化能の亢進機構を備えている。我々は、酸化ストレス応答を制御するKeap1/Nrf2経路に着目し、Nrf2を活性化することで破骨細胞分化・骨吸収を抑制できることを細胞・動物モデルで実証してきた。また、天然由来化合物および合成低分子化合物の中からNrf2活性化能を持つ候補物質を同定し、新規骨破壊抑制剤としての応用を目指した研究を展開している。

従来技術との比較

骨破壊抑制の既存治療薬として、ビスフォスフォネート製剤やRANKL抗体（デノスマブ）が臨床応用されている。これらは長期使用による顎骨壊死（BRONJ）などの副作用リスクにおいて課題が残る。既存薬はRANKLシグナルの遮断を主たる作用機序とするのに対し、本研究が標的とするNrf2活性化は酸化ストレス制御を介した破骨細胞抑制という異なる経路であり、既存薬との作用機序的差別化が明確である。

特徴・独自性
  • 歯周組織細胞における機械的ストレスとRANKL誘導の関係を端緒として（JBMR 2002）、Keap1/Nrf2経路が破骨細胞分化を制御するという基礎的知見を世界に先駆けて示した点が本研究の根幹をなす。現在はAIを活用し独自にスクリーニングした低分子化合物について、RANKL刺激による破骨細胞誘導系・骨吸収アッセイ・TRAP染色による検証を進めており、既存の抗酸化化合物とは異なる新規骨保護作用を持つ候補物質としての可能性を追求している。
実用化イメージ

歯周病・骨粗鬆症・薬剤関連顎骨壊死など骨破壊を伴う疾患は超高齢社会において増加の一途をたどっている。Nrf2活性化を機序とする新規化合物は、既存薬の副作用リスクを回避しつつ骨保護効果を発揮する次世代治療薬候補として期待される。製薬企業・バイオベンチャーとの共同研究により、リード化合物の最適化・前臨床試験・製剤化を推進したい。また、機能性食品・サプリメント分野においても、Nrf2活性化成分を含む骨保護素材の開発という形での社会実装が見込まれる。

研究者

病院 口腔育成系診療科 矯正歯科

菅崎 弘幸  

Hiroyuki Kanzaki

〈ランダム化比較対象実験〉

オンライン取引における約款の拘束性に対する消費者の評価

概要

COVID-19パンデミック以降のオンライン取引増加に伴う問題として、消費者が約款を詳細に読まずに「同意」する行動が，約款の法的拘束力についての消費者による評価にどう影響するかを検証した研究です。米国の先行研究を基に、日本の一般消費者を対象にオンライン実験を実施し、金融商品とスポーツクラブの異なる仮想シナリオで、説明方法や詐欺的条件を含むケースに対する消費者の反応を分析しました。

従来技術との比較

先行研究が対面取引を扱ったのに対し、本研究は日本でのオンライン取引に焦点を当て、ウェブサイト上の説明がもたらす効果，消費者の購買行動を細分化して各ステップごとのもたらす効果，および，金融商品とスポーツクラブといった異なる取引対象の影響を検証した点が独自のアプローチです。

特徴・独自性
  • オンライン実験から、以下のことが分かりました。
  • ①　オンライン取引において、約款が存在することで消費者がその拘束力を強く認識する。不当な内容の約款であったとしても，そのような約款が存在し，それをクリック・タップすることで，消費者はこれに「合意」し，拘束されると思い込んでしまう。
  • ②　ウェブサイト上の説明が約款の拘束力を大きく強化する効果は限定的である。
  • ③　金融商品とスポーツクラブといった取引対象の違いにより、約款の拘束力に対する消費者の評価が異なる。日常的なスポーツクラブ取引では、消費者が不当な条件に対して、より厳しい評価をする傾向が見られる。
実用化イメージ

本研究の結果は、政策立案や法改正を通じて公正な取引環境を築くための実践的な２つのことを示唆しています。
①　不当取引を防ぐために消費者保護法や解約ルールの強化が必要であること。
②　財やサービスごとに拘束力の影響が異なることから、分野特化型の政策策定が求められること。

研究者

大学院法学研究科 総合法制専攻

森田 果  

Hatsuru Morita

〈Loop-mediated isothermal amplification(LAMP)〉

マダニ媒介性感染症の簡便･迅速診断法の開発

 
前の画像
次の画像
概要

マダニは人や動物に甚大な被害を与えているウイルス、リケッチア、細菌、原虫などの多種多様な病原体の伝播に関与し得る、優れた疾病媒介能を有しています。このため、マダニ媒介性感染症が世界経済に与える脅威は甚大であり、マダニ媒介性感染症対策は公衆衛生領域や獣医領域においては不可欠です。このように、マダニ媒介性感染症のためのワクチン･治療薬開発に繋がる研究に重要な情報をもたらすものとして、マダニ媒介性感染症を評価する疫学的研究が必要とされています。そこで、我々は疫学的研究に必須なフィールドでの特殊な設備などを必要としない簡易迅速的なマダニ媒介性病原体の遺伝子検出技術を開発することを目指しています。

従来技術との比較

本研究では、公衆衛生や畜産の現場で重要な①簡易性、②迅速性、③費用、④現場汎用性などに優れた蛍光LAMP･RPAに、ナノポアシークエンサーMinIONによってLAMP･RPA増幅産物のDNA塩基配列を直接解読することを組み合わせます。その結果、病原体の種類や変異を短時間で検出可能となり、高い新規性･優位性、現場汎用性をもたらします。

特徴・独自性
  • ●(1)核酸等温増幅系LAMP･RPAと小型迅速次世代ナノポアシークエンサーMinIONを組み合わせた独自の診断技術を駆使して疫学調査を実施すること、(2)研究代表者らを中心に研究協力者(獣医)を現地パートナーとする強力なネットワークを駆使できることが挙げられます。
  • ●本提案の蛍光LAMP･RPAと小型迅速次世代ナノポアシークエンサーMinIONを組み合わせた新しい遺伝子検出技術が開発されることで、マダニ媒介性病原体の検出が簡便かつ迅速に行われることが可能となり、食肉産業や地域経済の持続的な発展に貢献することができます。
実用化イメージ

本研究は感染拡大防止対策あるいは侵入防止対策に苦慮しているアジア･アフリカ諸国や欧州・豪州・南米においても普及が期待でき、感染個体を正確に摘発することで当該国における清浄化の推進が可能になります。また、本研究の開発技術によって、日本国内においても、感染拡大防止のために重要であるにも関わらず、マダニ媒介性病原体が微量であるがゆえに正しく摘発ができない(偽陰性判定)初期感染個体の特定が迅速にできます。さらに、本研究の成果は防疫業務を担っている家畜保健衛生所･食肉衛生検査所への開発キット導入も可能になります。

研究者

大学院農学研究科 生物生産科学専攻 動物生命科学講座（動物微生物学分野）

田仲 哲也  

Tetsuya Tanaka

〈乱流〉

データ科学を用いた非定常航空流体解析

 
 
 
前の画像
次の画像
概要

我々は、データ科学，非線形機械学習，複雑ネットワーク理論，情報理論，また数値流体力学シミュレーションを用いた非定常流体現象の解析を行っています。流体力学におけるチャレンジングな問題を幅広く研究対象とし、データ指向型なアプローチで小型航空機、旅客機、乗用車、また産業流体機械にユビキタスに現れる非定常流体現象のリアルタイムな理解・制御をサポートする学術・技術基盤構築を目指しています。

従来技術との比較

従来の数値流体および実験解析に非線形機械学習に基づくスパースセンシングやデータ縮約を融合し、少ないデータから高精度な流体場再構築やリアルタイム予測および制御を可能にします。これにより、従来の線形手法では困難であった大規模・複雑非線形流動現象の解析や制御が可能になります。

特徴・独自性
  • ・機械学習による乱流超解像解析を用いたセンサからのリアルタイムな時空間流動場再構築が可能
  • ・低次元多様体同定・圧縮により低コストな非定常流体現象の理解とモデリングが可能
  • ・複雑ネットワーク理論・情報理論による渦相互作用・因果関係解析を通した説明可能な機械学習手法の提案
  • ・数値・実験・理論データフュージョンを通したマルチフィデリティなデータ活用
実用化イメージ

我々の研究は、飛行機や車、風力発電機などの周囲を流れる空気や水（流体）の「動き」を、少ない情報から正確に予測・制御する技術の開発を目的としています。

これらの研究は、
・航空機の燃費改善や安全性向上
・自動車の空力性能向上による省エネ
・災害時の風の流れ予測による防災支援

をはじめとする様々な場面で社会に貢献することが可能です。

以下のようなご興味をお持ちの企業の方との共同研究による新たなイノベーションの創発を目指します。
・AI（人工知能）や機械学習を使って流れを予測・制御
・情報理論やネットワーク科学で流れの構造を把握
・従来の流体科学との融合で、より正確で再現性の高いモデルを構築

非線形機械学習と物理学を融合した新しい流体解析技術を通じて、産業や環境、社会の幅広い分野に役立つ革新的な技術開発に取り組んでいます。

研究者

大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 先進航空宇宙工学講座（先進航空宇宙工学分野）

深見 開  

Kai Fukami

〈乱流遷移〉

表面をデコボコにして流れをきれいに保つデバイス

 
前の画像
次の画像
概要

　最適に設計されたデコボコ（SRE）を物体表面に加工することで空気や水による摩擦抵抗を低減する技術です。巡航状態の航空機のように、ほぼ一定速度の流れの中におかれた物体に適用が可能であり、流れと鋭⾓をなす翼や円柱、回転円盤や円錐などに応用できます。流れの安定性解析・CFD解析を用いた高精度な設計と、物体表面の微細加工技術（数百マイクロスケール）が必要となります。

従来技術との比較

すでに乱流状態になった境界層に対してはサメ肌加工やリブレット加工などが抵抗低減技術として知られてますが、本技術は乱流状態への遷移自体を抑制して層流に保つことができます。

特徴・独自性
  • 物体周りの流れ（境界層）が乱流になるのを抑制し、摩擦抵抗を低減する効果があります。
  • 物体表面に微細な凹凸を付加的に加工するだけなので、電力を消費せず、既存の装置の設計変更を必要としない制御デバイスです。
  • 想定される流れ場に合わせて最適に設計すれば、その環境下で空力性能が向上します。
実用化イメージ

民間航空機の主翼などに実装すれば、空気摩擦抵抗が低減し、低燃費化・CO2排出削減への貢献が期待できます。

研究者

流体科学研究所 複雑流動研究部門 計算流体物理研究分野

廣田 真  

Makoto Hirota

り

〈リード〉

指定難病を治療する薬剤候補の探索

概要

電気生理学的手法と効率的かつ段階的なスクリーニング法を組み合わせたハイスループット電位依存性ナトリウムチャネル（Voltage-gated sodium channels, Nav）阻害剤スクリーニング法を確立した。本事業では化合物ライブラリーや生物材料を提供して頂き、神経障害性疼痛や各種心臓病等を治療するNav阻害剤を探索する。

従来技術との比較

Navの挙動観察用に開発されたハイスループット系はNav電流を直接、観測していないため、偽陽性反応が生じる欠点をもつ。本事業ではNav電流を直接、観測でき、Nav阻害作用の有無を正確に評価できる電気生理学的手法に対してハイスループット性を保持させた革新的な戦略を適用する。そのため、見い出された物質そのものが薬剤候補となると考えている。

特徴・独自性
  • 電気生理学的手法は0.01秒程度の超短時間で開閉し、1細胞あたり僅か10-9分の1アンペア（1 nA）程度の電位依存ナトリウムチャネル（Nav）透過電流を観測する戦略です。高い専門性を必要とする電気生理学的手法は阻害作用の有無を正確に評価でき、薬剤候補を探索する手段として独自性が高い手法です。本手法に、4段階で構成される効率的かつ段階的なスクリーニング法を組み合わせます。化合物ライブラリーをグループに分けて実施する第1段階、陽性グループ中の化合物を連続投与する第2段階では、複数のNav サブタイプを安定発現し、ハイスループット性に秀でたNeuro2A 細胞を用います。続いて、単一Nav サブタイプを発現させたHEK293T 細胞に単一化合物を投与する第3段階、電気生理学的に［静止―活性化―不活性化］状態にある各Navを抽出し、単一化合物によりいずれの状態が阻害されるかを調べる第4段階を経て完了します。この特徴的な最終段階は作用機序解明を実現する生理活性測定戦略と位置付けられます。
実用化イメージ

先天性筋無力症候群、非ジストロフィー性ミオトニー症候群、ドラべ症候群など患者数が少なく収益を得られにくい指定難病や心臓疾患の治療に貢献します。

研究者

大学院農学研究科 農芸化学専攻 食品天然物化学講座（天然物生命化学分野）

此木 敬一  

Keiichi Konoki

〈リード化合物〉

new抗酸化能を活用する骨破壊性疾患の阻止

 
前の画像
次の画像
概要

骨破壊性疾患（歯周病・顎骨壊死・関節リウマチ等）の病態中心には破骨細胞の過剰活性化がある。破骨細胞の分化・活性化を誘導するRANKLの細胞内シグナル伝達には活性酸素種（ROS）が重要な役割を担っている。一方、ROSは過剰蓄積により細胞傷害をきたすため、細胞はその防御機構として転写因子Nrf2を介した抗酸化酵素群の発現増強による抗酸化能の亢進機構を備えている。我々は、酸化ストレス応答を制御するKeap1/Nrf2経路に着目し、Nrf2を活性化することで破骨細胞分化・骨吸収を抑制できることを細胞・動物モデルで実証してきた。また、天然由来化合物および合成低分子化合物の中からNrf2活性化能を持つ候補物質を同定し、新規骨破壊抑制剤としての応用を目指した研究を展開している。

従来技術との比較

骨破壊抑制の既存治療薬として、ビスフォスフォネート製剤やRANKL抗体（デノスマブ）が臨床応用されている。これらは長期使用による顎骨壊死（BRONJ）などの副作用リスクにおいて課題が残る。既存薬はRANKLシグナルの遮断を主たる作用機序とするのに対し、本研究が標的とするNrf2活性化は酸化ストレス制御を介した破骨細胞抑制という異なる経路であり、既存薬との作用機序的差別化が明確である。

特徴・独自性
  • 歯周組織細胞における機械的ストレスとRANKL誘導の関係を端緒として（JBMR 2002）、Keap1/Nrf2経路が破骨細胞分化を制御するという基礎的知見を世界に先駆けて示した点が本研究の根幹をなす。現在はAIを活用し独自にスクリーニングした低分子化合物について、RANKL刺激による破骨細胞誘導系・骨吸収アッセイ・TRAP染色による検証を進めており、既存の抗酸化化合物とは異なる新規骨保護作用を持つ候補物質としての可能性を追求している。
実用化イメージ

歯周病・骨粗鬆症・薬剤関連顎骨壊死など骨破壊を伴う疾患は超高齢社会において増加の一途をたどっている。Nrf2活性化を機序とする新規化合物は、既存薬の副作用リスクを回避しつつ骨保護効果を発揮する次世代治療薬候補として期待される。製薬企業・バイオベンチャーとの共同研究により、リード化合物の最適化・前臨床試験・製剤化を推進したい。また、機能性食品・サプリメント分野においても、Nrf2活性化成分を含む骨保護素材の開発という形での社会実装が見込まれる。

研究者

病院 口腔育成系診療科 矯正歯科

菅崎 弘幸  

Hiroyuki Kanzaki

〈リアルタイム〉

生体用モーションキャプチャシステムの開発

 
前の画像
次の画像
概要

従来技術との比較

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。
実用化イメージ

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。

研究者

大学院歯学研究科 歯科学専攻 地域共生社会歯学講座（顎口腔矯正学分野）

金髙 弘恭  

Hiroyasu Kanetaka

〈リウマチ〉

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

 
 
前の画像
次の画像
概要

従来技術との比較

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ません。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ます。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ますが、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ます。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 干渉計により実現されています。
実用化イメージ

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ます。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ます。

研究者

多元物質科学研究所 計測研究部門 量子ビーム計測研究分野

百生 敦  

Atsushi Momose

〈力学的異方性材料〉

形状制約のない力学的異方性材料の簡易な弾性定数計測手法の開発

 
 
 
前の画像
次の画像
2024年７月９日（火）新技術説明会
前の動画
次の動画
概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 本弾性定数計測手法は、任意の弾性定数を入力値に用いて共鳴振動解析を行い、振動実験から得られた共鳴振動数と各振動様式が解析結果と一致する入力弾性定数を逆解析的に求める手法です。材料種、材料形態および計測環境の制約を伴わない計測手法の構築を目指しており、金属材料・セラミックス材料・高分子材料・複合材料、顕微鏡サイズ材料・薄膜材料・異種接合材料および高温環境下なども研究対象としています。
実用化イメージ

本研究を発展させるためには、企業の課題と我々の課題との間のギャップを埋める必要があり、知識の相互補完なしでは目的を達成することができない研究開発テーマです。是非、抱えている課題や困難をお教えください。

研究者

大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 航空システム講座（材料・構造スマートシステム学分野）

山本 剛  

Go Yamamoto

〈力学的親和性〉

低ヤング率を有する新規CoCr系生体用超弾性金属材料

 
 
前の画像
次の画像
概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 一般的に使用されているステンレス鋼および従来のCoCr 合金などの生体用金属材料は、生体骨より10倍もの高いヤング率を示し、インプラントによる骨の萎縮現象が問題視されています。β -Ti 合金は比較的低いヤング率を示しますが、耐摩耗性が低いです。本新規CoCr 系合金は、低ヤング率と高耐摩耗性の両立を初めて実現しました。さらに、耐食性が優れ、17% 以上の超弾性歪みも示すことから、次世代生体材料として有望です。
実用化イメージ

生体骨と同程度の低いヤング率、高い耐食性と耐摩耗性および優れた超弾性特性の4拍子そろった本CoCr 系生体材料は、人工関節、ボーンプレート、脊髄固定器具やステントなどへの応用が期待されます。

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（材料組織制御学分野）

許 皛  

Xiao Xu

〈力学特性〉

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ました。
  • 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ました。
  • 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ました。
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ます。

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

〈リグノセルロース〉

バイオものづくりによるグリーンクロステック研究

 
前の画像
次の画像
概要

ソルガムは本州でも約４〜５m程度まで成長する世界生産量第４位のイネ科植物である。また、ソルガムは乾性と湿性のものがあり、湿性からは糖蜜が搾れる。そこで福島国際研究教育機構（F-REI）プロジェクトの一環として、福島浜通りの営農休止地においてソルガムを栽培し、搾り汁と搾り粕をそれぞれカスケード活用することでカーボンニュートラルなグリーンケミカル（トランスアコニット酸、ブタノール）を製造する。

従来技術との比較

再生航空燃料（SAF: Sustainable Aviation Fuels）の製造では、微生物によってCO2とH2からエタノールを生合成し、化学反応によってエチレンを合成した後、重合・水素付加してSAFを製造している。本技術では、ソルガム搾り粕などリグノセルロースを原料として、微生物変換プロセス（Consolidated Bioprocessing）によってバイオブタノールの増産化が可能になる。

特徴・独自性
  • 植物は光合成によってCO2を吸収・固定し、さまざまな形の炭化水素を蓄積します。このリグノセルロースを完全利用することができれば、カーボンニュートラルを実現することができます。リグノセルロースの分解・糖化は当研究グループがゲノム解読した嫌気性セルロソーム生産菌Clostridium cellulovoransを活用し、この菌にブタノール発酵Clostridium属細菌を組み合わせることで1つのタンク内でリグノセルロースからブタノールを取得することができます。
実用化イメージ

本微生物変換プロセス（CBP）が事業化できれば、得られたグリーンなブタノールからSAF 製造が可能になり、国内生産ができれば自動車・航空業界、物流産業やインバウンドを含む観光産業にも貢献できます。

研究者

グリーン未来創造機構 グリーンクロステック研究センター

田丸 浩  

Yutaka Tamaru

〈リケッチア〉

マダニの生存戦略と病原体媒介能の解明

 
前の画像
次の画像
概要

マダニはウイルス、細菌、原虫等の病原体を媒介し、世界の畜産が被る経済的被害は毎年3兆円に昇る家畜最大の害虫です。我々はマダニの生存能力に着目し、約8万種のマダニ遺伝子ライブラリーを作成しました。ライブラリーを使って、マダニの生存を左右する生物活性分子の特性と機能解析、並びにマダニ体内の病原体の動態解明について研究を行ってます。得られた研究成果は、家畜用ワクチンなどマダニを撲滅する防圧法の開発だけでなく、ヒト向け医薬品の創薬にも活用できると考えています。

従来技術との比較

① マダニの臓器別ESTデータベースの構築と吸血・消化と自然免疫の分子機構の解明
⇒ マダニの特徴的な性質(吸血のみで成長・産卵する)に注目し、そのメカニズムを明らかにすることにより、マダニ側を制御する新しい感染症対策につながります。

② マダニの生物活性分子とマダニ媒介性病原体の動態解明
⇒ マダニの吸血・消化と媒介する病原体に対する自然免疫において、重要な役割を果たす様々なタンパク質の特性・機能が解明できます。

③ マダニの生物活性分子を基盤としたワクチンの開発
⇒ マダニが媒介する病原体の制圧が可能になります。

④ マダニ由来の創薬候補分子の選抜
⇒ マダニが持つ抗止血・抗凝固作用、血管拡張作用及び血管新生阻害作用を利用すれば、種々の循環器障害の予防・治療薬の開発につながります。

特徴・独自性
  • ●マダニと媒介病原体を阻止するための技術基盤を確立し、新規のマダニ生物活性分子群を創薬に活用する目的での開発研究を推進しています。
  • ●マダニ媒介性疾病の病原体を検出する疫学研究も行っています。学内外の様々な分野の専門家と協力して研究する体制を構築できます。
実用化イメージ

本研究によって、鉄代謝を制御するマダニフェリチンがマダニの生存基盤に重要な役割を担うことが判明しました。このことでフェリチンに対する遺伝子制御や抗体を応用したワクチンなど新規のマダニ防圧法の開発が可能となります。マダニは新規薬理分子の宝庫です。遺伝子やタンパク質、生存戦略の研究により、マダニやマダニ媒介性疾病の防圧特効薬の開発だけでなく、ヒトの循環器障害、ガン等の治療薬開発に結び付く発見にもつながります。人類の医療に貢献出来る可能性が期待されます。

研究者

大学院農学研究科 生物生産科学専攻 動物生命科学講座（動物微生物学分野）

田仲 哲也  

Tetsuya Tanaka

マダニ媒介性感染症の簡便･迅速診断法の開発

 
前の画像
次の画像
概要

マダニは人や動物に甚大な被害を与えているウイルス、リケッチア、細菌、原虫などの多種多様な病原体の伝播に関与し得る、優れた疾病媒介能を有しています。このため、マダニ媒介性感染症が世界経済に与える脅威は甚大であり、マダニ媒介性感染症対策は公衆衛生領域や獣医領域においては不可欠です。このように、マダニ媒介性感染症のためのワクチン･治療薬開発に繋がる研究に重要な情報をもたらすものとして、マダニ媒介性感染症を評価する疫学的研究が必要とされています。そこで、我々は疫学的研究に必須なフィールドでの特殊な設備などを必要としない簡易迅速的なマダニ媒介性病原体の遺伝子検出技術を開発することを目指しています。

従来技術との比較

本研究では、公衆衛生や畜産の現場で重要な①簡易性、②迅速性、③費用、④現場汎用性などに優れた蛍光LAMP･RPAに、ナノポアシークエンサーMinIONによってLAMP･RPA増幅産物のDNA塩基配列を直接解読することを組み合わせます。その結果、病原体の種類や変異を短時間で検出可能となり、高い新規性･優位性、現場汎用性をもたらします。

特徴・独自性
  • ●(1)核酸等温増幅系LAMP･RPAと小型迅速次世代ナノポアシークエンサーMinIONを組み合わせた独自の診断技術を駆使して疫学調査を実施すること、(2)研究代表者らを中心に研究協力者(獣医)を現地パートナーとする強力なネットワークを駆使できることが挙げられます。
  • ●本提案の蛍光LAMP･RPAと小型迅速次世代ナノポアシークエンサーMinIONを組み合わせた新しい遺伝子検出技術が開発されることで、マダニ媒介性病原体の検出が簡便かつ迅速に行われることが可能となり、食肉産業や地域経済の持続的な発展に貢献することができます。
実用化イメージ

本研究は感染拡大防止対策あるいは侵入防止対策に苦慮しているアジア･アフリカ諸国や欧州・豪州・南米においても普及が期待でき、感染個体を正確に摘発することで当該国における清浄化の推進が可能になります。また、本研究の開発技術によって、日本国内においても、感染拡大防止のために重要であるにも関わらず、マダニ媒介性病原体が微量であるがゆえに正しく摘発ができない(偽陰性判定)初期感染個体の特定が迅速にできます。さらに、本研究の成果は防疫業務を担っている家畜保健衛生所･食肉衛生検査所への開発キット導入も可能になります。

研究者

大学院農学研究科 生物生産科学専攻 動物生命科学講座（動物微生物学分野）

田仲 哲也  

Tetsuya Tanaka

東北大学　研究シーズ集

研究分野

ENGLISH
メニューを閉じる