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市街地におけるプロビーム道路照明に関する研究
市街地における夜間の横断歩行者事故を防ぐため、ヘッドライトとの協調によりドライバによる横断歩行者の発見を早めるプロビーム道路照明を開発している。プロビームとは、灯具配光を車両の進行方向に照射する照明方式である。
研究の内容
プロビーム道路照明の要件と機能の整理を行い、光学シミュレーション・視認性評価実験から、道路上の横断歩行者の視認性を高める具体的なプロビーム照明の配光設計を行っている。試作灯具を用いて静止状態の視認性評価と映像による横断歩行者の発見時間計測を行った。その結果、対向車線を含めた道路空間全体の視認性が高く、右からのみでなく左からの横断歩行者の発見時間を高めることを明らかにできた。今後、試作した灯具を発展させ、道路灯として実用化に向けた灯具の設計と開発を現在行っている。
萩原 亨 教授 Toru Hagiwara博士(工学) -
核融合炉・高エネルギー炉用構造材料の開発
高熱伝導性を有する鉄系複合材料
鉄系構造材料中に高熱伝導性物質を適切に配置し、構造材料全体の熱伝導性を飛躍的に向上させる。エネルギー生産の高効率化及び放射性廃棄物の低減が見込まれ、これまで解がなかった核融合炉・高エネルギー炉ダイバータ用鉄系構造材料の開発に目途がつく。
研究の内容
核融合実証炉(DEMO炉)稼働中のプラズマに直面する熱交換機器の開発を念頭に、実際に使用が見込まれる鉄系材料の低熱伝導性に焦点を当て、成功の鍵を握ると考えられる熱伝導性の大幅な改善を目的とする。DEMO炉用ダイバータの冷却管付近で生ずる500℃の温度勾配はこれまでの工学機器において未経験の巨大熱負荷を与えるが、当該機器構造体全体の熱負荷を軽減できれば、これまで解がなかったDEMO炉用構造材料開発の最重要課題をクリアするだけでなく、高熱伝導性を有する鉄鋼複合材料として工学的にも大きな付加価値を持たせることになる。各種鉄系材料(純鉄,低放射化フェライト・マルテンサイト鋼,酸化物分散強化フェライト鋼)に高熱伝導性材料のCuおよびW細線を適切に配置し、ヒートシンクとしての役割をもたせながら構造材料としての強度も担保する
橋本 直幸 教授 Naoyuki Hashimoto博士(工学) -
NEW ケミカルバイオロジーを利用した有用物質生産
有機化学、生化学的手法を駆使した生理活性物質の単離・構造決定、量産法、機能解析
・農産物の機能成分の効率的単離、生理活性を指標とした分子レベル解析
・農産物機能成分の薬効成分としての利用
・農薬成分の効果持続性を目指した構造活性相関研究研究の内容
農産物から有用成分を単離し、機能性解明により高付加価値化を達成し、最終的には医食同源によるQOL改善を目指す。
有色ビートから
(左)色素成分を単離し、構造決定後、機能性解明のため構造活性相関を誘導体化などにより検討する事で活性増強を図る
(右)食物繊維を単離し、その高分子ゲル化能等の特徴的な物性を解析する。
その物性を増強するための加工等を施すことにより高付加価値化を図る。橋本 誠 教授 Hashimoto Makoto -
非線形ラマン散乱内視鏡
非線形ラマン散乱を用いた神経の無染色可視化による新しい内視鏡下手術支援ロボットの眼の開発
ラマン散乱は、無染色に分子種・分子構造に関する知見が得られるが、非常に微弱なためにその利用は限られてきた。超短パルスレーザーを駆使した非線形ラマン散乱現象を利用して、リアルタイムにラマンイメージを観測可能な顕微鏡や内視鏡を開発している。
研究の内容
ラマン散乱は、無染色に分子種・分子構造に関する知見が得られるために、化学分析、物理化学研究、半導体物性研究等に用いられ、 近年になって生体観測への応用が盛んに行われるようになってきた。しかしながら、ラマン散乱は非常に微弱であるために、そのイメ ージをリアルタイム観測することは困難であった。波長可変同期ピコ秒レーザーを開発し、これを光源とした多焦点非線形ラマン散乱顕微鏡によって100 frame/sという、ビデオレートよりも高速なイメージングを実現した。また、直径12mm、全長550 mmの硬性鏡下で、神経を無染色、高速に可視化できることを示した。神経温存内視鏡下外科手術の新しい眼として期待できる。
橋本 守 教授 Mamoru Hashimoto博士(学術) -
GISと地理空間情報の活用法開発
高度情報化社会に向けての人文地理学的アプローチ
GIS(地理情報システム)とは、地理空間情報(位置情報付きのデータ)を分析・検索・表示するためのシステムです。本研究室では、地域計画や防災計画の支援などを目的として、地理空間情報に関するGISの分析方法や可視化方法の開発を行っています。
研究の内容
本研究室ではGISを用いて、地理院地図や国土数値情報など国が整備している地理空間情報の他に、自治体などが整備しているオープンデータや、GPSで取得した移動履歴などのビッグデータの活用について研究を進めています。例えば、この成果は「積雪寒冷地の津波避難に関する計画策定支援」などで活かされています。積雪寒冷地の冬季環境(路面凍結、雪による道路幅減少など)は、臨海地域における津波避難を著しく困難にしています。本研究室は、この状況における避難困難地域の画定、避難困難人口の推定、避難場所の収容能力評価など計画策定に必要な多くの情報を生成し、その技術や成果を公表しています。この様に、地理学的な視点をもって社会的有用性の高い情報を容易で迅速に創造する技術を開発し、高度情報化社会の基盤形成に資する研究を続けています。
橋本 雄一 教授 Yuichi Hashimoto博士(理学) -
NEW 発光性希土類錯体を用いた農林水産事業の支援
波長変換フィルムで農作物成長を促進
農作物成長促進に効果的な強発光性の希土類錯体(発光効率:世界トップ)を開発。その発光体を透明シートに塗った光波長変換フィルム(紫外光→可視光)の作製に成功。
研究の内容
紫外光を効率よく吸収し、赤色領域の強発光する希土類錯体を開発しました。この分子を塗り込んだ光波長変換フィルムは太陽光の赤色部分(600nm付近)を増強することができます。
この希土類錯体は可視光領域は光吸収がなく、農作物の光合成の鍵となるクロロフィル分子(赤色光を吸収)へ光を効果的に当てることができます。
● 太陽光の可視光領域をさえぎることがないため、農作物育成に応用した場合、日照時間を増やす効果があります。(特に冬期は効果的)
● 光変換の波長は赤色光の他に、「緑色光」「白色(波長混合)」「近赤外光」 に変換も可能です。 紫外線カットによる遮熱効果も期待できます。
● 発光色が温度によって変化するフィルムも作ることができます。LEDと組み合わせることもできます。長谷川 靖哉 教授 Yasuchika Hasegawa工学研究院 応用化学部門 機能材料化学分野 -
発想支援型マルチメディア検索システム
画像や映像などのデータを有機的に連携することで、検索者に気づきを与え発想を支援する情報検索システム
発想支援型マルチメディア検索システムは、画像、音楽、映像等の非構造化データを有機的に連携し、内在する類似性の抽出、およびその効果的な提示によって、検索者に気づきを与え、発想を支援する情報検索を実現します。
研究の内容
異なるメディア間での関連付けと類似性の導出、マルチメディア情報が持つ曖昧性を許容した連想型の検索スキーム(融合型検索)、ユーザネットワークによる個人の嗜好のモデル化、及びユーザインタフェースによる嗜好の類似性のビジュアライゼーション(個人適応型検索)を逸早く導入した新たな検索エンジン及びインタフェースを実現しています。これらを用いることによって、マルチメディアコンテンツ固有の多義性と曖昧性を効果的に利用した全く新しい検索が可能となっています。
長谷山 美紀 教授 Miki Haseyama工学博士 -
光触媒結晶性酸化チタン薄膜の超高速成膜
高温熱処理不要な超高速電解成膜技術
結晶性酸化チタンは光触媒として実用的に重要な酸化物です。一般に高温での熱処理を必要とする結晶性二酸化チタン薄膜を,水溶液中の電解成膜法を用いてわずか数秒以内に各種金属基板上に製膜する技術を開発しました。
研究の内容
Al,Zn,Fe,Cuなどの実用金属基板上にTiF62-を含む水溶液からわずか数秒の電解により酸化チタン薄膜を得ることに成功しました。得られた酸化チタン薄膜はアナターゼ結晶性であり,熱処理することなく,光触媒活性を示します。表面の有機物をUV照射で分解し,超親水化するなどの優れた特性を確認しています。この酸化チタン膜には基板元素がドープされることから可視光応答性などの新たな機能発現も期待できます。透明導電膜などへの成膜も可能です。
幅﨑 浩樹 教授 Hiroki Habazaki理学博士 -
超撥水・超撥油アルミニウム
ウェットプロセスによる簡便な防汚表面の作製
アルミニウム板やメッシュを化学エッチング/陽極酸化することによりマイクロ/ナノ階層ポーラス構造を構築し,さらにフルオロアルキル単分子膜で表面をコーティングすることにより,油を始めとするほぼあらゆる液体に対して濡れない表面を得ることに成功した
研究の内容
水や油に濡れない超撥水・超撥油表面は,防汚性,セルフクリーニング性を示す表面として期待されている。本研究は,実用金属材料であるアルミニウムに対して,簡便なウェットプロセスの組み合わせにより,水のみならずオクタンなどの表面張力が20 mN m-1と低い液体をもはじく超撥油表面を実現した。アルミニウム箔への適用も可能であり,様々な場所に防汚表面として利用することもできる。
さらに,アルミニウムメッシュを用いてその濡れ性を制御することで,油と水を分離するフィルターとしても利用可能である。幅﨑 浩樹 教授 Hiroki Habazaki理学博士 -
液中微粒子の集団性を利用した沈降・拡散挙動の制御
粒子の沈降挙動を自由自在にコントロールする
懸濁液中に濃度差が存在することによって現れる粒子の集団性を上手く利用して、沈降速度を促進させたり、複雑流路中における粒子の分散挙動をコントロールするような技術を紹介します。
研究の内容
濃度差によって生じる液中微粒子の集団性を上手く利用して、沈降速度や分散挙動を能動的に制御する技術を提案します。不均一に分散した粒子の沈降形態は、懸濁条件を変えることによって集団的な挙動が見られるようになります。この集団的挙動に密接に関連する濃度界面近傍の粒子の挙動を理解するとともに、それを積極的に利用することによって、各種工学プロセスにおいて重要となる沈降促進、分散制御、輸送効率の向上などを目指しています。
原田 周作 准教授 Shusaku Harada博士(工学) -
柔粘性強誘電結晶
分極方向を自在に制御できる有機強誘電体の開発
柔軟に変形する柔粘性結晶を利用して強誘電体を開発しました。この材料は溶液加工が容易で、加圧で伸展します。これまでの有機強誘電体とは異なり、3次元的な分極処理が可能なため、微結晶粉末のディスクや薄膜でも単結晶のような大きな分極を示します。
研究の内容
強誘電体は不揮発性メモリ、圧電素子、センサーなど、その多様な機能を活かした様々な応用例を持つ重要な電子材料です。これまで実用化されてきた強誘電体のほとんどは、チタバリとよばれるチタン酸バリウムなどの無機酸化物です。しかし、溶液法での加工が難しく、有用な物質の多くが有毒な鉛を含むという問題があります。近年盛んに開発されている有機強誘電結晶は分極方向を3次元的に変更する分極処理が不可能で、多結晶材料では活用出来ません。私たちが最近開発した柔粘性強誘電結晶は分極方向をほぼ自由に変更できるため、ディスクや薄膜中の多結晶の分極方向を揃えて単結晶に近い分極状態に出来ます。また、高温での加圧で伸びて拡がります。つまり、この柔粘性強誘電結晶は、無機酸化物、有機結晶、ポリマーという従来の材料の長所を兼ね備えた強誘電体といえます。
原田 潤 准教授 Jun Harada博士(理学) -
大規模電磁界解析による乗り物内
無線接続サービスの電波伝搬特性評価手法ワイヤレス環境の最適設計を目指して
航空機や旅客鉄道車輛内などの複雑で特殊な伝搬環境評価,電波の人体侵入,さらに体内埋込み型医療機器の電磁干渉評価とメカニズム推定,電気自動車無線給電装置の漏洩電磁界評価など,様々な電波利用分野での研究実績を上げてきている。
研究の内容
乗り物内の無線伝搬環境は,周囲が金属であることによる多重反射,加えて内部に什器や乗客の存在により,従来の伝搬モデルとは異なる特殊な環境になる。そのため,実運用状況の無線接続品質を見積もるには,乗客人体等による電波の吸収・散乱の効果を含めた電波伝搬特性の評価が必要となるが,実測や簡便な数値解析(レイトレース等)にてこれらを評価することは困難である。本研究は,従来困難であった乗り物内の伝搬環境モデリングに取り組み,超大規模解析空間におけるシミュレーション手法をスーパーコンピュータの利用により実現するものである。
日景 隆 准教授 Takashi Hikage博士(工学) -
太陽光をレーザー光へ変換する新しい結晶材料
高効率太陽光励起レーザーの実現を目指した
新規Cr,Nd共ドープ結晶開発したCr,Nd:CaYAlO4結晶は、可視域で幅広い吸収帯域を示すとともに、大きい吸収断面積を有する。クロムにより吸収されたエネルギーはネオジムに移動することから、太陽光エネルギーを高効率でレーザー光に変換できるものと期待される。
研究の内容
クロム(Cr)とネオジム(Nd)を添加したCaYAlO4単結晶を、浮遊帯溶融法と呼ばれる手法を用いて作製した。作製条件を適切に制御することにより、良質な赤色透明の結晶が得られた(図1)。この結晶は、紫外領域から可視領域にわたる非常に幅広い吸収域をもち、太陽光のエネルギーが最大となる波長でも十分な吸収を示す(図2)。また、従来材料であるCr、Nd:YAGと比較すると70倍以上の大きい値を示すことが明らかとなった。このような特性は既存の材料にはない、今回開発した結晶に特有のものである。さらに、クロムの吸収帯での励起によりネオジムが発光することが、その蛍光特性から実証された(図3)ことから、太陽光エネルギーを高効率でレーザー光に変換できるものと期待される。
樋口 幹雄 特任准教授 Mikio Higuchi博士(工学) -
腫瘍血管新生阻害剤スクリーニングシステム
腫瘍血管新生阻害剤開発のためのcell based screening assay システム
腫瘍血管内皮細胞を用いたcell-based screeningを実現する。現存の血管新生阻害剤における問題点 (副作用・コンパニオン診断薬がない)を克服し、次世代血管新生阻害療法開発につなげる。
研究の内容
分子標的治療薬の開発が進み、血管新生阻害剤が広く使用されるようになったが、治療効果を予測するコンパニオン診断薬が無いこと、正常血管への傷害による副作用といった問題もある。
我々はヒト腫瘍血管内皮細胞の分離培養に成功しており、それらが発現する特異マーカーを同定している。これらマーカーを発現している腫瘍血管内皮細胞は新規薬剤や化合物のcell-based screeningに有用な貴重なマテリアルである。従来の腫瘍細胞株や臨床腫瘍組織片を用いた研究では発見されない新しい治療の標的や、薬剤を同定することを可能とする。 さらにコンパニオン診断薬としてこれらの腫瘍血管内皮細胞が発現するマーカーを利用する事が可能となる。血管新生阻害剤の投与時期、期間、適応症例などを選別したうえでの個別化治療実現つなぐことを可能とする。樋田 京子 教授 Kyoko Hida歯学博士 -
独創的糖鎖誘導体ライブラリの作成技術 × どこでも使用可能なマイクロアレイ解析システム
糖鎖自動合成技術を活用した独創的ライブラリ × オンサイト医療や研究を支えるマイクロアレイ技術
糖鎖関連相互作用は感染症やがん診断等において重要な標的である。糖鎖自動合成技術開発の過程で構築・蓄積した糖鎖、複合糖質、糖質関連阻害剤、およびその誘導体ライブラリの活用法としてどこでも利用可能なマイクロアレイ装置の開発を行った。
研究の内容
マイクロアレイ技術は構造や配列が明確な多数の化合物ライブラリと検体成分との相互作用を一斉比較解析可能な技術です。また、我々は糖鎖自動合成技術を核とした独自糖質化合物ライブラリをマイクロアレイ解析用分子として設計・制作するための最先端技術を有しています。糖質が有する相互作用情報は、血液型やO157等の血清型、がん診断マーカー(CA○○○)など、体外診断用バイオマーカーとして幅広く使用されています。さらに、感染症の変異に伴う感染パターン解析やワクチン効果の詳細な解析など、検体収取とマイクロアレイ解析をスマートホンを端末としてその場で行い、オンライン診断に使用可能な独立電源型モバイル解析装置の開発に成功しました。
比能 洋 教授 次世代物質生命科学研究センター 副センター長 Hiroshi Hinou博士(工学) -
糖タンパク質から直接糖鎖パターンを解析する技術
~【世界初】前処理不要の糖鎖選択的イオン化技術~ (北大単独出願、単独発明者技術です)
糖タンパク質や体液のような複雑な高分子や混合物中の糖鎖成分をMALDI法により選択的にイオン化する世界初の質量分析技術を発見しました。この技術は卵白や体液のような複雑な混合物中の糖鎖成分の直接解析にも利用可能であることも実証しました。
研究の内容
糖タンパク質上の糖鎖パターンはそのタンパク質の体内動態を決定する因子であり、重要なバイオマーカーです。これまで糖鎖パターン解析には糖鎖の切り出し、化学修飾、精製等の煩雑な操作が必要でした。質量分析は微量の生体分子を直接イオン化可能な超高感度高分解能分析技術です。しかし、糖タンパク質のような複合糖質や体液のような複雑な高分子や混合物中の糖鎖成分を選択的にイオン化する方法が存在していなかったため、先述の煩雑な前処理を必要としていました。我々は世界初の複合糖質糖鎖成分の選択的開裂と選択的イオン化を同時に達成し、糖タンパク質上の糖鎖パターンの直接解析に成功しました。また、この技術により卵白など複雑な混合物中の糖鎖パターンも直接解析可能となることを実証しました。
比能 洋 教授 次世代物質生命科学研究センター 副センター長 Hiroshi Hinou博士(工学) -
未修飾シアリル化糖鎖および複合糖質の高感度・高分解能構造解析を実現するMALDIマトリックス
シアル酸のカルボン酸部位を修飾することなく、シアリル化糖鎖及び複合糖質をイオン化し、シアル酸残基が脱離することなく高感度かつ高分解能(リフレクターモード)で解析可能なマトリックスを開発した
研究の内容
糖鎖および複合糖質のシアリル化(シアル酸の付加)は発生、分化、疾患、感染、免疫等の様々な生命現象に関与する重要なバイオマーカーである。MALDI(マトリクス支援レーザー脱離イオン化)法は簡便かつ高感度なソフトイオン化法であるが、未修飾のシアル酸を有する糖鎖はイオン化効率が低く、さらにシアル酸の開裂等によりスペクトルが複雑化するという問題が存在する。本技術では、従来のマトリックスに対する添加系を改良することにより、一切の修飾工程を経ることなくシアリル化糖鎖及び複合糖質を、シアル酸の脱離を抑制した状態で高感度・高分解能測定に成功した。開裂パターン変化と高感度化に伴い、TOF/TOF解析や疑似MS3解析等も超微量サンプルで実施可能となった。本法は化学修飾と分離工程が不要であり、反応追跡や迅速検体解析が可能となる。
比能 洋 教授 次世代物質生命科学研究センター 副センター長 Hiroshi Hinou博士(工学) -
ペプチド・糖ペプチド環化技術
水素結合制御によりペプチド環化効率を飛躍的に向上
溶媒の水素結合ネットワーク形成に着目した反応系を活用することによりペプチド環化反応の効率化と難溶性ペプチドの溶解度向上を高次元で両立することに成功した。創薬や分子ツール設計に応用可能である。
研究の内容
創薬等の生理活性化合物探索やライフサイエンスにおける分子ツール設計ににおいて環状ペプチドは、その配座安定性や配向性、対称性の制御などが容易であるため、理想的な基本分子となりうる。しかし、ペプチド環化は希薄条件や複雑な保護基戦略などを要していた。本研究では水素結合制御型溶媒システムと無塩基縮合剤システムを組み合わせることにより、難溶性のペプチド等でも高濃度条件下で効率的に環化できることを見出した。特殊な保護基戦略を必要としないことから応用範囲が広く、これまで様々な生理活性ペプチドや糖ペプチドの効率的環化に成功している。本技術を活用することにより、環状ペプチドの設計自由度と量産が容易となり、創薬やライフサイエンス用ツール開発が加速されることが期待される。
比能 洋 教授 次世代物質生命科学研究センター 副センター長 Hiroshi Hinou博士(工学) -
消化管での栄養素認識機構の解明
食品ペプチドによる消化管内分泌系への作用を介した血糖制御
化管で栄養素を感知する内分泌細胞から分泌されるホルモンは、食後即座に様々な生理応答を調節します。このメカニズムを研究する中で、食品ペプチドが消化管ホルモンGLP-1の分泌を促進し、血糖上昇を抑制できることを動物試験で明らかにしました。
研究の内容
消化管で栄養素を認識する消化管内分泌細胞より放出される各種消化管ホルモンは、食後の様々な生理応答を調節する重要な役割を有します。私たちは、抗糖尿病ホルモンとして知られる消化管ホルモンGLP-1に着目し、これの分泌を強く促進する食品ペプチド(トウモロコシ由来)を見いだしました。このペプチドをラットに経口投与することで、GLP-1分泌が促進され血糖上昇が抑制されることを明らかにしました。私たちの研究では、このペプチドがどのように消化管内分泌細胞に認識されるかを解明すること、様々な食品成分により消化管ホルモンの分泌をコントロールして、食後血糖や食欲を制御することを目指しています。
比良 徹 准教授 Tohru Hira博士(農学) -
宇宙からの海洋性植物プランクトン探査
人工衛星を用いて海洋の植物プランクトンの分類探査と定量化技術の開発
地球観測衛星を用いて、海洋に生息する浮遊微細藻類(植物プランクトン)を人工衛星より遠隔探査する方法を開発しています。現在、遠隔探査としては世界で最も多い分類グループ数(11グループ)を定量観測する方法を研究しています。
研究の内容
海洋の植物プランクトンは、魚類生産に必要な生物エネルギー生産を支える一次生産者であり、異なる種類の植物プランクトン間の存在比は異なる生態系構造(従って異なる生物資源)の指標となると考えられます。衛星探査技術への応用により、異なる生態系構造が、世界中のどこで、いつ、どのように変動しているかといったことが分かるようになり、結果的として、効率的な生物・水産資源の探査や評価、管理が可能になると期待されます。
平田 貴文 特任准教授 Takafumi HirataPh.D.