東北大学　研究シーズ集

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登録されている研究テーマ 426件

あ 行
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た

多結晶でも単結晶と同レベルの特性を示し、フレキシブル基板上に製膜可能

 
 
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概要

多結晶ホイスラー合金薄膜
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T20-2968.pdf

従来技術との比較

従来技術では大きな異常ネルンスト効果や異常ホール効果等の特性を発現させるためにバルク単結晶や単結晶薄膜が不可欠と考えらえてきたが、本技術により単結晶化が不要となる。

特徴・独自性
  • Co2MnGaやCo2MnAlに代表されるCo 基ホイスラー合金の多結晶層を、絶縁性のAlN 層で挟みこむことで、結晶配向の制御や結晶性の向上を促進することができ、高い特性を発現させることが可能となります。また、単結晶成長を必要としないため基板を選ばずに作製可能であり、フレキシブル基板の上でも高い特性が得られます。
実用化イメージ

パイプ内の排液や室内外温度による発電を可能とする熱電変換素子、フレキシブル基板上にホールセンサを初めとする高感度センサなどへの応用展開の可能性がある技術です。

研究者

金属材料研究所 物質創製研究部 磁性材料学研究部門

関 剛斎  

Takeshi Seki

多元系酸化物ナノ粒子からなる高活性触媒開発

 
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概要

多種の金属元素からなる多元系酸化物は、近年触媒材料として注目される材料である。当研究グループでは最近、多種の金属元素からなる多元系酸化物ナノ粒子の合成法を確立した。得られた触媒は、高活性な電気化学触媒（電極触媒）材料、あるいは物質・エネルギー変換反応を進行させる触媒として機能することが期待できる。

従来技術との比較

従来研究では、多元素酸化物のナノ粒子化は困難であったが、本研究では粒子径の制御された単分散ナノ粒子の合成に成功した。

特徴・独自性
  • 従来法では合成できなかった多元系酸化物ナノ粒子が合成できます。
  • 目的とする反応に応じて、様々な金属元素・組成を有するナノ粒子の設計が可能です。
  • 従来触媒では達成できなかった活性・安定性が期待できます。
実用化イメージ

高効率な電気化学的物質・エネルギー変換反応、選択的な物質変換（バイオマス等）反応を実現する触媒材料として、環境・エネルギー問題への貢献が期待できます。

研究者

多元物質科学研究所 プロセスシステム工学研究部門 超臨界ナノ工学研究分野

岩瀬 和至  

Kazuyuki Iwase

多成分系におけるタンパク質物質拡散係数の導出法

 
 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 物質拡散係数の高精度測定は、諸々の熱物性値測定の中でも困難とされており、特にタンパク質においては分子数が大きいため拡散現象が非常に遅いことなど、多くの点から困難とされてきました。これに対し、当研究室では最新画像処理技術を用いることにより、少量のタンパク質試料で微小非定常拡散領域を測定する方法を開発しました。既存の光学系に位相シフト技術を組み込むことで、高精度化を実現し、拡散場内のわずかな濃度変化も検知できる測定系システムを構築しました。生体組織内に代表されるような極限環境下では複数の物質が同時に物質移動する多成分系拡散現象がおきています。本測定法では同時に複数の物質の拡散係数を測定できる特徴を有しており、この測定法を用いることで多成分物質拡散現象を定量的に評価できます。この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を強く希望しております。
実用化イメージ

研究者

流体科学研究所 複雑流動研究部門 伝熱制御研究分野

小宮 敦樹  

Atsuki Komiya

多層膜光学素子の開発とテイラーメイドX線光学素子の開拓

概要

X線は進行方向を変える（レンズを作る）ことが難しく、ミラーで反射させることで集光させます。このとき、一層の厚さが数nmの極薄多層膜を曲面に沿って精密に膜厚制御されたミラーを用いると、直入射で高反射率が得られます。この原理を用いることで、実験室の光源でも明るく解像度の高い軟X線顕微鏡が実現できます。

従来技術との比較

軟Ｘ線の反射波長は多層膜の層厚と入射角に依存します。結像ミラーでは曲面に沿って入射角が変わるため、精密な層厚制御なしでは反射する軟Ｘ線の波長が変わり、明るい顕微鏡が実現できません。

特徴・独自性
  • 速度可変シャッター機構を使ったイオンビームスパッタリング成膜による精密膜厚分布制御成膜法
  • ４枚の直入射ミラーで反射波長を一致させた実験室光源を用いた軟X線顕微鏡
  • 精密膜厚分布制御成膜法により、基板面内で反射波長が連続的に変化する硬X 線ポリクロメーターの実現（放射光施設内の白色ビームラインでの応用）
実用化イメージ

収差が小さく明るい軟Ｘ線顕微鏡を実現できます。生物細胞の内部構造の観察や軟X線露光装置に用いるマスクの検査等の用途への適用が期待されます。

研究者

国際放射光イノベーション・スマート研究センター 基幹研究部門 オペランド計測スマートラボ

羽多野 忠  

Tadashi Hatano

バイオマスエネルギー

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 生ごみや糞尿のメタン発酵によるバイオマスエネルギー生産は一般的になりつつありますが、農作物生産過程で出る茎葉などの非食用部分や難分解な食品系ごみからメタンガスと回収する技術として、牛の胃液を活用したルーメン・メタン発酵の研究をしています。特に、従来前処理・後処理と2相処理が必要であったものを1相処理でもできるように工夫しています。様々な原料のメタンガス生産促進について調査しています。
実用化イメージ

農業系廃棄物が出るような企業や、メタン発酵を既に行なっている企業、有機性廃棄物を資源循環したいと考えている企業が良いと考えます。自社で排出されるごみを有効利用することでCO2削減に貢献したい企業などを希望します。

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（動物環境管理学分野）

多田 千佳  

Chika Tada

多文化共生と人権教育

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 本研究は、留学生と国内学生が集まる国際共修授業において、人権を柱にクラスを運営し、普遍的な概念である人権を取り上げて教育実践し、調査研究を行う点に独自性があります。具体的には、普遍的ではありますが地域性、個別具体的な側面のある人権について、多様なバックグラウンドを持つ学生が共に学ぶとき、人権が切り口となり、参加者の多様性が生かされて、参加者間に関係性が構築され、学びの深まりにつながるかを探求しています。
実用化イメージ

多文化共生・人権に関わる活動を行っている団体との連携が可能であると考え、連携したいと思っています。本研究の成果は、教室内にとどまらず、地域、国、世界で生かされる知識、技能、態度の育成を目指しています。

研究者

高度教養教育・学生支援機構 グローバルラーニングセンター

髙松 美能  

Mino Takamatsu

男性の更年期障害を改善する食品成分

 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 近年、加齢や過度のストレスによる加齢男性性腺機能低下（LOH）症候群が注目されています。LOH 症候群は男性ホルモンの合成量が減少することで発症し、筋肉機能、性機能の低下だけでなく鬱などの精神的症状も招きます。食品成分による男性ホルモン増強作用をスクリーニングする系を精巣由来細胞を用いて確立し、ビタミン、サプリメント、食経験のある植物抽出物などが増強活性を持つことを明らかにしました。
実用化イメージ

上記の成分や新たに選抜した成分を高含有する食品にLOH 症候群の予防・改善効果が期待され、「中高年にやる気を与える食品」の開発につなげています。

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（栄養学分野）

白川 仁  

Hitoshi Shirakawa

タンパク質の変性領域を化学標識する手法

 
 
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概要

タンパク質変性の可視化プローブ
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T21-051.html

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 　タンパク質変性を可視化するために従来では、タンパク質の変性領域に結合し、蛍光の輝度が上昇する化学プローブが開発されています。しかし、従来の蛍光プローブとタンパク質変性領域の間の結合は可逆的です。よって、タンパク質混在系においては、どのようなタンパク質の変性を感知して蛍光の輝度が上昇しているのかを紐づけすることが困難でした。
  • 　新たに発明した蛍光プローブは、従来の変性タンパク質プローブとは一線を画し、タンパク質の変性部位、凝集部位と直接共有結合を形成するという特徴を有しています。また、反応前は無蛍光性の分子であり、凝集タンパク質と共有結合を形成した時にのみ、蛍光性を発するという特徴を有しています。これまでに変性の検出感度の異なる約30 種類のプローブを開発しています。また、プローブ分子が結合した変性・凝集タンパク質、およびそのペプチド断片は濃縮できる工夫がされており、プローブと反応したタンパク質だけを質量分析することが可能です。
実用化イメージ

以下のような社会実装への応用が想定されます。
・診断薬（神経変性疾患、人工授精の変形卵子の抽出等）
・食品（冷凍食品、代替食品のタンパク質変性検査等）
・化粧品（品質検査）

研究者

高等研究機構学際科学フロンティア研究所 新領域創成研究部 生命・環境研究領域

佐藤 伸一  

Shinichi Sato

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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概要

従来技術との比較

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。
実用化イメージ

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。

研究者

大学院工学研究科 バイオ工学専攻 生体機能化学講座（タンパク質工学分野）

梅津 光央  

Mitsuo Umetsu

ち

new地域資源の維持管理に関する研究

概要

人口減少や産業構造の変化によって利用されにくくなった地域資源（森林、田畑、廃校など）を対象に、地域資源が地域内外の人びとによっていかに維持管理されうるかを研究している。参与観察や聞き取り調査を通じ、地域住民、都市住民らによる取り組みや多様な主体の協働の背景に注目している。

従来技術との比較

地域資源の維持管理活動がいかに取り組まれるかを、地域社会の文化、社会構造、歴史などの観点から分析する。

特徴・独自性
  • ・地域資源管理のネットワーク・体制だけではなく、その仕組みが成り立つ背景を捉える。
  • ・地域社会の文化、社会構造、歴史などの観点から、「誰が、なぜ、どのように資源管理に関わるのか」という論理に注目する。
  • ・複数の資源管理の形態（地域住民主体、都市住民主体、地域住民と都市住民との協働、多様な主体の協働）を捉える。
実用化イメージ

人口減少、高齢化・過疎化が進む中で、地域資源の維持管理は喫緊の課題になっている。その中で本研究は、地域資源に関わる人々にとってのより良い地域社会・より良い資源との関わり方を構想・構築することを可能にする。

研究者

大学院文学研究科 総合人間学専攻 社会人間学講座（社会学専攻分野）

髙橋 知花  

Satoka Takahashi

地形横断面の自動抽出および縦断的可視化プログラム

 
 
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概要

地形横断面の自動抽出および縦断的可視化プログラム
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T20-504_S20-074.html

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 地形を把握する手段として、UAVによる写真測量から得られた点群データを処理し、オルソモザイク画像や、鳥瞰図、三次元モデルなどの作成が行われています。しかし、河川や道路、水路、海岸線等の曲線状地形においては、これらの作成したモデルがそのまま曲線状に表示されるため、曲線状地形やその周辺地域の全体像の把握が困難です。本技術は、曲線状地形を視覚的に把握しやすくすることができる手法、およびプログラムを提供します。具体的には、以下の特徴を有しております。
  • ◆三次元点群から断面を自動抽出
  • ◆曲線状地形を直線的に配列することで、全体像を見やすく表示
  • ◆複数時期の地形の変化を比較可能
  • ◆対象地形の横断面・縦断面の標高を取得
  • ◆季節ごとの周辺環境(植生など)の変化を表示
実用化イメージ

以下のような社会実装への応用が想定されます。
・地形の管理・測量
・地図の作成

研究者

災害科学国際研究所 防災実践推進部門 防災社会推進分野

佐藤 翔輔  

Shosuke Sato

チタンの抗菌・抗ウイルス化表面処理

 
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概要

熱酸化やスパッタリング法によりチタン・チタン合金表面上に可視光応答型光触媒活性酸化チタン膜を作製する。酸化チタンの光触媒活性の酸化分解能により、可視光照射のみでチタン製インプラントや構造物表面に付着した細菌やウイルスを死滅させることができる。

従来技術との比較

熱酸化やスパッタリング法といった比較的簡便で基板形状を問わないプロセスにより、チタン表面に軽元素や貴金属を含有した可視光応答型光触媒活性酸化チタン膜を作製する技術を有する。

特徴・独自性
  • 感染症はガンとともに人類の健康に対するリスクであり、感染症に強い社会の構築が求められています。新型コロナウイルス感染症は2023年に5類感染症移行したものの、今後も未知の野生生物由来のコロナウイルスによる新興感染症が継続する可能性は極めて高いと思われます。感染経路の一つである接触感染の抑制に対しては材料の寄与が可能です。材料表面の抗菌・抗ウイルス化の方策として薬剤耐性菌発生の心配がなく、人体への悪影響も少ないTiO2の光触媒活性が有力です。抗菌・抗ウイルス性は蛍光灯など日常の生活環境下において発現することが要求されるので、TiO2には紫外光に加えて可視光応答が必須となります。当グループではスパッタリング法やチタンの熱酸化を利用して作製した可視光応答型TiO2膜の抗菌性や抗ウイルス性を評価してきました。図1に新型コロナウイルスのスパイクタンパク質受容体結合ドメインを有する融合タンパク質をTiO2膜表面に播種した後に種々の条件で可視光を照射した際に残存する融合タンパク質量を示します。横軸は可視光照射条件で、縦軸が融合タンパク質の質量になります。破線が播種した融合タンパク質量で、グレーのバーで示す暗所保持では、ほとんど初期の播種量に等しい融合タンパク質量が残存しているのに対し、黄色の可視光照射下では有意に減少しています。これは、融合タンパク質が可視光照射により不活化されていることを意味します。
実用化イメージ

教育・公共施設の机やパソコン、住宅のドアノブ、手摺り、スイッチ、移動体のつり革やシート、病院や老人施設の受付、ロビーやトイレなどで使用される材料表面に抗ウイルス機能を付与することができれば、材料工学からの接触感染抑制に対する有効な寄与となります。

研究者

大学院工学研究科 材料システム工学専攻 生体材料システム学講座（医用材料工学分野）

成島 尚之  

Takayuki Narushima

N極性制御を利用した、より安価、高品質なGaN自立基板

概要

窒化物半導体自立基板作製方法
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T14-121.pdf
本発明は、高品質な窒化物半導体自立基板をより安価に作製する技術に関する。本発明では、種結晶にSCAlMgO4基板を用いることも含む。本基板上の窒化物半導体の転位密度が低くなる。結晶極性の制御によって、窒化物半導体の膜厚の増大とともに結晶径の拡大もできる。

従来技術との比較

従来より貫通転位密度の少ない窒化物半導体の自立基板を作製できる。さらに、土台となるScMgAlO４の劈開性を用いることによって、窒化物半導体の剥離が容易となり、基板作製コスト化も低減できる。

特徴・独自性
  • 自立基板作製に種結晶としてScAlMgO4を用いること。
  • 結晶極性としてN極性を用いることによる結晶径を拡大できること。
  • 種結晶としてScAlMgO4を持ちいて、この結晶の表面保護層としてAlNを形成する場合には、その表面の酸化後、さらに表面を窒化すること。
  • 種結晶の主表面がｃ面から0.4～1.2°傾斜していること。
実用化イメージ

発光ダイオードやレーザなどの光素子、および、高出力・高周波・高耐圧トランジスタの作製のために、高品質で安価な窒化物半導体自立基板を提供すること。企業へは事業化のための検証を期待する。

研究者

未来科学技術共同研究センター 開発研究部 窒化物半導体による革新的光・電子デバイスの開発

松岡 隆志  

Takashi Matsuoka

窒化物をより均一にコーティングすることが可能

 
 
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概要

窒化物コーティングの形成方法
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T18-275.html

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 　従来開発されている窒化物コーティング方法として、CVD 法( 化学的蒸着) やPVD 法( 物理的蒸着)などが知られています。しかし、真空装備による圧力調整や雰囲気置換を行う必要があるため、製造工程が複雑になり、作業が効率的でないという問題がありました。そこで、大気中において基材表面に窒化物をコーティングする技術の開発が行われていますが、コーティングにムラが生じるという課題があります。
  • 　本発明によって、簡単な工程かつ容易な操作で、窒化物をより均一にコーティングすることができる窒化物コーティングの形成方法を提供することが可能になりました。本発明は、コーティング過程と窒化過程とを入れ換え、 既に存在している窒化物に、マイクロ波を利用してコーティングするものです。コーティングがマイクロ波の照射で済む上、従来法で必要であった圧力調整や雰囲気置換が不要なため、大気中で実施可能となります。これによって、簡単な工程かつ容易な操作で、基材の表面に窒化物コーティングを均一に形成することができます。
実用化イメージ

主に、以下のような応用が考えられます。
・生体用、歯科用インプラント部材の製造

研究者

大学院工学研究科 応用化学専攻 分子システム化学講座（極限材料創製化学分野）

福島 潤  

Jun Fukushima

中性子散乱による巨視的量子現象の探索と解明

 
 
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特徴・独自性
  • 中性子散乱は他の散乱手法（X散乱や電子線散乱）に比較して、1) Li、 H 等の軽元素による散乱が大きい、2) 磁気散乱を通して物質中の電子スピンを検出可能、3) 弾性散乱（回折）に加えて室温程度の低エネルギー励起の測定が可能という特徴があります。我々は中性子散乱法を用いて、多体電子系における巨視的量子現象、なかでも量子フラストレートスピン系における巨視的非磁性基底状態や磁気揺らぎが媒介する非従来型の超伝導現象の探索とその解明を目的に研究を進めています。
実用化イメージ

上で述べたように、中性子散乱は磁気構造およびスピンダイナミクス、さらに結晶中の軽元素位置やその運動を調べるのに適した手段です。従って、このような情報が必要な材料研究には極めて有用であると考えられます。

研究者

多元物質科学研究所 無機材料研究部門 スピン量子物性研究分野

佐藤 卓  

Taku Satou

超音波による安全で画期的な循環器診断

 
 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 体表から送信した超音波の位相を巧妙に用い、収縮弛緩や血圧変化に伴って心筋や動脈壁で1心拍内に生じる数ミクロンの僅かな厚み変化を高精度に計測し、心筋機能や動脈壁硬さを層別に評価できる手法を世界に先駆け開発しました。さらに、心臓収縮初期に興奮の電気伝導に伴い心筋に微小な応答が生じ心臓壁を伝搬する現象を初めて見出しました。また虚血後の数秒間の僅かな時間に、その興奮の伝導速度が約50％低下することも見出しました。
実用化イメージ

病変内部組成を体表から同定できる生体マイクロスコープを実現し、心筋梗塞等の急性冠症候群の安全で画期的な診断手法が期待でき、医療費の適正化にも貢献できます。

研究者

大学院工学研究科 工学系研究企画室

金井 浩  

Hiroshi Kanai

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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概要

従来技術との比較

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ます。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ます。
実用化イメージ

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す。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 先端音情報システム研究室

坂本 修一  

Shuichi Sakamoto

超小型(50kg級)人工衛星の研究・開発

 
 
 
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概要

従来技術との比較

特徴・独自性
  • 大きさ50cm 立方、質量50kg 級の超小型人工衛星を大学の研究室で設計・開発しています。2009年1月に打上げられた東北大1号機衛星『雷神』を皮切りに、この15年間で15機以上の超小型人工衛星（CubeSatを含む）を開発し、軌道上運用を行っております。50kg 級衛星としては、世界最高性能のポインティング制御による高解像度の地上写真画像撮影、および多波長画像撮影技術を確立するなどの成果をあげています。研究室で開発した技術の社会実装として、株式会社ElevationSpace およびシスルナテクノロジーズ株式会社の2社の大学発スタートアップへと展開しています。
実用化イメージ

宇宙開発は国の専門機関が行うものという常識を破り、短期間・低価格で衛星を開発し、リモートセンシング、地球観測、宇宙探査等において新しい応用分野を開拓することに挑戦しています。また、衛星搭載機器の実装技術にも実績をあげており、産学連携の可能性を模索しています。

研究者

未来科学技術共同研究センター 開発研究部 月面インフラ構築のためのロボットシステムの開発

吉田 和哉  

Kazuya Yoshida

超臨界水中での反応プロセス開発

 
 
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概要

従来技術との比較

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ます。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します。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、高速に反応が生じます。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す。
実用化イメージ

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ます。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 ソフトマテリアルグループ

阿尻 雅文  

Tadafumi Ajiri

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