北海道大学 研究シーズ集

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12. つくる責任、つかう責任:31件

1頁の掲載件数 20 50 改頁しない SDGs別アイコン凡例
  • 1. 貧困をなくそう
  • 2. 飢餓をゼロに
  • 3. すべての人に健康と福祉を
  • 4. 質の高い教育をみんなに
  • 5. ジェンダー平等を実現しよう
  • 6. 安全な水とトイレを世界中に
  • 7. エネルギーをみんなに、そしてクリーンに
  • 8. 働きがいも経済成長も
  • 9. 産業と技術革新の基盤をつくろう
  • 10. 人や国の不平等をなくそう
  • 11. 住み続けられるまちづくりを
  • 12. つくる責任、つかう責任
  • 13. 気候変動に具体的な対策を
  • 14. 海の豊かさを守ろう
  • 15. 陸の豊かさも守ろう
  • 16. 平和と公正をすべての人に
  • 17. パートナーシップで目標を達成しよう
  • 最新技術が映す酪農・肉牛生産の未来:牛伝染性リンパ腫早期診断技術を活用したハイリスク牛摘発と優先淘汰による畜産被害軽減と生産性向上

    牛伝染性リンパ腫発症を予測するがん検診技術

     日本における牛伝染性リンパ腫の発生は急増しており、発症牛は全て廃棄となるため、その対策は急務です。北海道大学は最新技術を駆使して牛伝染性リンパ腫による畜産被害軽減と生産性向上を農場に提案しています。

    研究の内容

    牛伝染性リンパ腫ウイルス(BLV)は、牛のリンパ腫を引き起こすウイルスです。日本における牛伝染性リンパ腫の発生は急増しており、発症牛は全て廃棄となるため、生産現場で被害を与え続けています。現在BLVの感染は日本国内の農場に広く蔓延しており、その対策は急務です。本研究室では、年間数千頭のBLV感染診断を実施しています。診断結果は農場における新規導入牛の決定、着地検査、感染牛の分離飼育、優先淘汰および感染牛産子の早期感染診断などに活用されています。さらには、複数のモデル農場および農業共済組合や開業獣医師と協力して、BLVの清浄化に向けた対策法を検証しています。また最新技術を駆使して牛伝染性リンパ腫による畜産被害軽減と生産性向上を農場に提案しています。

  • ライフサイクルアセスメントによる陸上養殖施設の環境影響評価

    環境負荷(CO2等)排出量を評価して環境に配慮した持続可能な養殖業を目指す

    世界的に養殖生産量が急速に増加に伴い、養殖によって排出される環境負荷が懸念されている。環境負荷の排出量を評価する手法であるライフサイクルアセスメント(LCA)を用いて、陸上養殖施設のシステム全体で排出される環境負荷を評価した。

    研究の内容

    ライフサイクルアセスメント(Life Cycle Assessment; LCA):ある製品、サービスにおいて、製造から消費に排出される環境負荷要因(CO2やNOxなど)を評価する手法
    初めて国内で陸上養殖施設を対象としてLCA分析を行い、排出される環境負荷を定量的に明らかにした。

    まとめ
    ・陸上養殖施設では、CO2排出は70%近くが電力由来
    ・一般的な給餌型の養殖よりも給餌量が少ないため、餌による環境負荷排出は非常に少ない給餌、給水等、各要素が環境に与える影響を明らかにした。各要素の改善によって、環境に配慮した持続可能な養殖業に寄与できる

  • クロロフィル分解を抑制し緑色を維持する植物の開発

    緑色が退色しない植物の可能性を探る

    クロロフィルを分解できない植物は退色せずに緑色のままです。この性質を野菜の緑色の維持などへ応用することを目指します。

    研究の内容

    植物は光合成色素のクロロフィルを持っているため緑色をしています。クロロフィルは環状構造の分子で、中心にマグネシウムを持っています。このマグネシウムがクロロフィル分解酵素(マグネシウム脱離酵素)によって外されることによりクロロフィルの分解が始まります。そのため、クロロフィル分解酵素を持たない変異体は枯れる時期になってもクロロフィルを分解せず緑色を維持しています。

  • 育種技術研究と遺伝資源保存技術の開発

    交雑や染色体操作技術による倍数体やクローン作出技術、凍結保存技術の研究開発

    養殖において遺伝的に同一なクローン集団を用いることで、均一な魚の生産が期待されます。天然に分布するクローン魚類における配偶子形成の仕組みを解明することで、養殖対象魚への応用を目指しています。

    研究の内容

    ①遺伝的に同じクローン誕生のメカニズム
     自然に分布するドジョウやギンブナではクローンの存在が知られており、これらのクローンも交雑によって誕生したと考えられています。自然で生じるクローン誕生メカニズムの応用や人為的な染色体操作技術を利用することで、遺伝的に均一な養殖集団の作出が可能となるため生産性の向上が期待されます。
    ②遺伝資源保存技術の開発
     個体の再生が可能な生殖細胞や配偶子を用いた遺伝資源保存はリスク分散に必須の技術です。精子は凍結保存から人工授精における利用が最も容易であるため、魚類でも広く用いられてきましたが、個体再生には卵が必要です。これらの細胞から配偶子を誘導するためには、宿主個体に移植する必要がありますが、移植個体からは保存(移植)された細胞に由来する精子や卵の生産が可能です。

  • 糖質代謝関連酵素の機能・構造・応用

    酵素を使った効率的糖質合成技術を開発し、健康的で豊かな食生活を支えたい

    糖質には機能性食品素材としての利用が期待されています。酵素を利用し、自然界や農産物から入手しやすい糖質を希少糖質へと効率的に変換する技術基盤を整備することで新しい機能性糖質の発見につなげたい。

    研究の内容

    セロビオース2-エピメラーゼは、β1-4二糖の還元末端グルコース残基をマンノース残基にエピメリ化する酵素です。
    私たちは、本酵素が乳糖に作用することで生成する希少オリゴ糖のエピラクトースに注目して研究してきました。本酵素を固定化したバイオリアクターの開発や、工業的なスケールでも実施可能なエピラクトースの高純度化技術をこれまでに開発しました。
    セロビオース2-エピメラーゼを利用することにより合成したエピラクトースを用いて動物実験により生理機能性を明らかにしました。
    エピラクトースは高い消化酵素耐性を持つ難消化性オリゴ糖であり、ラットを用いた実験では腸内でのビフィズス菌や乳酸菌を増やすプレバイオティクス効果が確認されました。

  • 栄養素を循環させる農業を多面的に達成する

    環境にやさしい農業、を、もっと身近に、もっとやりやすく

    牛は食べた栄養素の八割近くを糞尿にしてしまう。それを土に撒き、草が伸び、牛が食べ栄養素はリサイクルされる。しかし土は保持できない栄養素を環境中へ排出する。これら目に見えにくい循環を理解し是正していく。

    研究の内容

    農業に由来する環境負荷、例えば水質悪化や温室効果ガス排出は近年大きな問題となっています。これらを是正するには、多面的な研究が必要です。例えば土壌中に保持される栄養素を理解するには微生物学的知識が必要ですし、作物生育のムラなどが起きていることを判別するには画像解析技術などが役立ちます。また、農業が環境負荷を引き起こす原因を根本的に理解するには、農業現場でどのような人がどう利益を得ているのかを理解する必要があります。環境生命地球化学研究室では、「微生物学」、「衛星画像解析」、「農家データ解析」を大きな三本の柱としながら、農場内で、地域で、栄養素を確実に循環させ、環境負荷を極限まで減らした農業体系の確立を目指しています。

  • ブロック型生分解性ポリエステルの微生物合成

    微生物を利用してバイオマスから合成される新規生分解性プラスチック

    グリコール酸ユニットなどの非天然ユニットを含むポリマーの合成系を独自に開発しました。加えて、これまで不可能であったモノマー配列が制御されたブロック共重合体を合成することにも成功しています。

    研究の内容

    ある種の微生物は再生可能なバイオマスを原料として、細胞内にポリエステルを合成蓄積します。このポリエステルは生分解性プラスチックとして利用可能ですが、これまで物性の制御が難しいのが難点でした。我々は、人工的に改変したポリマー合成系を用いて、様々な非天然ポリマーの生合成に成功しています。これらのポリマーは、天然型ポリマーでは実現不可能な物性も発揮できます。生分解性の評価はまだ完了していませんが、典型的には、土中で3か月程度で分解されます。生分解性に加えて、生体吸収性の発揮も期待できます。

  • 道産ダケカンバ製硬式野球バットの打撃性能評価

    道総研林産試験場(旭川)の試作した道産ダケカンバ硬式バットの品質を広くアピールし消費市場を獲得するために、工学的な数値評価を確立して材質の異なるバットの性能を差別化し、従来材料と合わせてカンバ材バットを消費者の選択肢として提供する。

    研究の内容

    (解決すべき課題) かつて野球バットの木材は、道産アオダモがシェアの大半を占めていたが、現在は資源が枯渇し、北米産メイプルの輸入に依存した結果、国内バット製造業が衰退傾向に陥った。

    (方法) 国産材バットの普及を目指し、ダケカンバ製バットの用具としての機能を工学的に数値化して外材のパーチ、メイプル、アッシュなどと差別化する。選手のバット素材の選択肢を拡げ、選択のための判断基準を提供し、市場を活性化する。

    (意義) バットの消費で安定した流通量を確保し、アオダモ等、その他の樹種と合わせて計画的な植林と伐採サイクルを確立し、林業と地元製材・加工業の持続可能な活性化を図る。森林再生により二酸化炭素吸収と炭素固定を増進し、我が国のpostコロナ社会の優先課題であるグリーン成長戦略に役立ちたい。

  • 寒冷地農業施設の最適な維持管理のための腐食と防食技術

    積雪寒冷地に着目した、構造物や機器の腐食・防食の研究

    北海道の特徴は、積雪寒冷地であることです。寒さと雪に着目した大型施設や機器の腐食状況の把握、基礎研究からの腐食状況解析などを行っています。

    研究の内容

    ・積雪寒冷地の金属材料の腐食
    雪が降る低温においても金属材料が激しく腐食する理由として、雪が溶けることによりできる塩分を含む水膜があげられます。
    そこで、水膜の厚さや塩分濃度を変えて腐食試験を行っています。右図は、水膜が薄くなると、氷点下でも金属材料表面に多くの酸素が供給されることを示してます。このことは、氷点下でも日光で雪がとけると激しく腐食することを意味しています。
    ・積雪寒冷地の曝露試験
    北海道内数カ所で曝露試験を行い、雪の影響でどの程度金属材料が腐食するのかを調査しています。
    海からの飛来海塩量の測定も実施しており、札幌近郊では、冬季に飛来海塩量は夏の数倍に増えていることが分かりました。大型鋼製構造物に温度センサーを設置して測定した結果、気温が氷点下でも日光があたると十度以上になることがわかりました。

    坂入 正敏 准教授 Sakairi Masatoshi
    工学研究院 材料科学部門 マテリアル設計分野
  • 稲わら等農業未利用残渣のエネルギーサプライチェーン

    稲わらなどの農業未利用残渣を利用形態に応じた燃料に変換し供給するシステム構築

    燃料利用するのが困難であった稲わらなどの農業残渣を、保管・運搬・エネルギー利用に適した形態へ変換する“半炭化技術”の開発を行いました。燃焼時のクリンカ軽減およびPMの排出抑制に寄与します。

    研究の内容

    ・稲わらペレット製造技術(木質と稲わら混合ペレット含む)
    ・半炭化(トレファクション)による燃料品質の向上と利用用途拡大(発熱量UP、微粉化可能、火力発電所及び木質バイオマス発電所での混焼)
    ・サプライチェーン設計とコスト最適化

    石井 一英 教授 Kazuei Ishii
    博士(工学)
  • リンの高効率かつ高選択的な分離回収技術

    リン鉱石の輸入依存脱却が可能な二次リン資源からのリンの分離回収

    「炭素化(もしくは炭素添加)」と「塩素化」を共通工程とした二次リン資源(製鋼スラグ、鶏糞、下水処理後のHAP・MAP、下水汚泥、下水汚泥焼却灰など)中のリンの非常にシンプルな高効率・高選択的分離回収技術を開発した。

    • 図1 製鋼スラグでの再資源化の例

    • 図2 下水汚泥焼却灰での再資源化の例

    研究の内容

    リンは生命体の必須元素で、さらに、化学肥料や工業製品などの原料として広く使われているが、近年、リン鉱石の低品位化と枯渇が現実味を帯び始め、資源の確保が焦眉の課題となっている。一方、日本のリンのマテリアルフローに従うと、輸入リン鉱石の3.4倍、全持込リン量の半分以上が鉄鋼スラグ、家畜糞、下水汚泥中に移行する。そのため、これらの二次リン資源の再資源化技術の開発は重要である。そこで当研究室では、鶏糞や下水汚泥の炭化物の塩素処理によりリン回収を阻害する鉄を分離し、次いで、元々存在する炭素による還元反応でリンのみを選択的に回収する非常にシンプルな再資源化プロセスを開発した。本技術は炭素添加した製鋼スラグ、HAP・MAP、下水汚泥焼却灰などにも適用できるため、我が国のリン資源対応力強化に繋がると期待できる。

  • 生体骨を模倣した3Dプリント可能で力学的高機能な多孔質構造体

    生体骨の持つ構造的な特徴と力学的な特性を基に、3Dプリント可能で力学的高機能な新しい多孔質構造体を開発。破壊の進展が抑制可能で、高い吸収エネルギ性が可能。等方的な力学特性も実現可能。樹脂や金属を用いて3Dプリンタにより製造可能。

    研究の内容

    規則的な構造の繰り返しを有する一般的な多孔質構造体には、内部構造に起因した特定方向の強度低下や一度破壊が生じると容易に破壊が進展するという力学的課題がある。本シーズでは、生体内環境に最適化された多孔質材料である生体骨(海綿骨)に着目し、海綿骨の構造的な特徴と力学的な特性に基づいて確率的に構築したネットワーク構造を骨格とする新しい多孔質構造体「海綿骨模倣構造」を開発した。樹脂や金属を用いて3Dプリンタにより製造可能であることを確認した。圧縮破壊試験の結果、特定方向の強度低下が抑制でき、初期破壊後の破壊進展が抑制され吸収エネルギが高いことを確認した。本シーズにより、設計自由度が高く力学的に高機能な多孔質構造が設計・製造できる。

  • 小型電子加速器中性子源を用いた
    通信機器のソフトエラー試験

    宇宙線に起因する通信機器の誤動作を未然に防ぐ

    通信ネットワークを支える機器の半導体デバイスの高集積化が進展してきており、宇宙線中性子によるソフトエラーの確率が高まることが懸念されている。その対策のため、北大の小型加速器中性子源を利用して、通信機器のソフトエラー試験を実施している。

    • 中性子ソフトエラー試験の概念図(NTT提供)。3台の装置に同時にビームを照射することができる。

    研究の内容

    通信機器の大容量化・高機能化に伴い、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。しかし、宇宙線中性子によって、ビット情報が反転し動作が混乱するソフトエラーの増加が懸念されている。そこでNTTと共同で、小型電子加速器駆動中性子源によりソフトエラーを再現させ、トラブルに対して事前に対策技術を開発できる場を提供できるようにした。これにより、故障発生率を事前に予測できるようになると共に、エラー検出や運用対処の確認が可能となり、機器の信頼性の向上につなげられる。
    本技術の特徴は「小型加速器中性子源」の活用である。従来は大規模加速器中性子源が必要とされてきたため、試験時間や実験スペースの十分な確保は困難であった。しかし本学における研究により、中性子強度が自然界の約数百万倍の施設でも、十分な試験が可能であることを実証した。

  • 革新的なアルマイトの創製と機能発現

    表面が変われば、全てが変わる

    アルミニウムの耐食性不働態皮膜として極めて有名な「アルマイト」を革新し、アルミニウムに優れた特性や新しい機能を発現する研究をご紹介します。

    研究の内容

    「アルマイト」とはアルミニウム表面に形成された人工的な不働態皮膜のことであり、およそ100年前に日本で開発されました。私たちの身の回りにはたくさんのアルマイト製品がありますが、私たちの研究グループではアルミニウム表面にアルマイトを形成するための化学物質や形成手法(陽極酸化)を一から見直し、優れた特性や革新的な機能を発現する新しいアルマイト形成法の開発に挑んでいます。具体的には、とても規則的なナノ構造をもつアルマイト、ビッカース硬度Hv = 600以上の硬いアルマイト、酸・塩基性環境や塩化物環境においても高い耐食性をもつアルマイト、ルミネッセンスや構造色を生じて美しく光るアルマイトなどです。

  • リチウムイオン電池の火災安全性向上技術

    リチウムイオン電池はそのエネルギー密度の高さから利用が急激に拡大している。一方で電池内部に有機溶媒を使用していることから火災安全性の確保が重要である。本研究は有機溶媒の燃焼現象に焦点をあててその燃焼抑制技術に関する研究を行っている。

    研究の内容

    リチウムイオン電池はそのエネルギー密度の高さから利用が急激に拡大している。一方で電池内部の電解液に有機溶媒を使用していることから火災安全性の確保が重要である。本研究は有機溶媒の燃焼抑制を目指して燃焼抑制剤添加効果の定量化手法の開発や燃焼抑制に効果のある添加剤の探索、さらには、電解液に含まれるリチウム塩自体の有機溶媒の燃焼性に及ぼす効果などを研究している。また、電解液の燃焼素反応機構を考慮した火災現象のモデル化および数値解析を実施している。

  • 組織の内部コミュニケーションに関する研究

    リスクと戦略系におけるコミュニケーション

    経営組織の内部で形成されるリスクコミュニケーションに関心があります。「リスク」は「純粋リスク」と「動態的リスク」に大別されますが、これらの要素がどのように組織内でコミュニケーションを形成し、個人や集団の行動を規定するのかを検討しています。

    • 図 ウクライナ・キエフ市内での抗議デモ(2014年1月, 筆者撮影)
      EU経済圏へ加入することを望む人々がヤヌコーヴィチ大統領の判断(EU加盟を見送り)へ抗議するデモ。

    研究の内容

    私の研究目的は、まずは組織の内部で形成される固有のコミュニケーション現象を突き止めることにあります。「純粋リスク」では、特に製品事故における対内的/対外的な組織広報のあり方や、危険物取扱組織における対内的リスクコミュニケーションのあり方を模索しましたが、ここ暫くは、「動態的リスク」を重点的に扱ってきました。組織の中で創出/攪乱・拡散/構造化するコミュニケーションを観察し、そのひとつひとつに、組織にとっての、何らかの、「意味/価値のまとまり」を見つけることが、斬新な組織戦略を導くと考えており、研究の独自性や特徴はそこにあると考えております。この点について、最近は社会的組織(例:写真)がどのような意図を持って組織化されていくのかも検討しております。

  • 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。

  • 均一系パラジウムナノ粒子触媒による水素化反応

    シスアルケンとアミン類の選択的合成

    医薬、農薬、化成品の原料等として有用なシスアルケンやアミン類をアルキン、有機ニトロ化合物やアジド類の水素化により効率的に合成できる。独自に開発した均一系パラジウムナノ粒子は、溶液として1年以上保存可能で、大気中で容易に取り扱うことができる。

    研究の内容

    酢酸パラジウムをアルキン存在下でカリウムtert-ブトキシドまたは水素化ホウ素ナトリウムで処理することで、均一系のパラジウムナノ粒子が得られることを見いだした(図1)。このナノ粒子は、溶液で1年以上保存可能で、大気中で容易に取り扱うことができる。水素化触媒として優れた性能を示し、アルキン(1)、有機アジド化合物(3)、芳香族ニトロ化合物(5)からシスアルケン(2)、アミン類(4、6)をそれぞれ効率的に合成できる。シスアルケン選択性や官能基許容性(ケトン、アルデヒド、ベンジル位ヒドロキシ基等を損わない)に優れている。触媒活性も極めて高く、基質(原料)の1,000分の1から50,000分の1当量のパラジウムを用いるだけで反応はすみやかに進行する。経済性や利便性に優れており、企業と共同で事業化検討も行っている。

  • 金属材料の組織予測シミュレーション技術の開発

    凝固から固相変態まで

    構造材料や機能材料の製造プロセスでは、凝固、熱処理、塑性加工において様々な材料組織が形成し、その材料組織の特徴が材料の特性を決めています。凝固から固相変態までの一連の材料組織変化を予測するシミュレーション法の開発を行っています。

    研究の内容

    金属材料の凝固、結晶粒成長、拡散固相変態など、製造プロセスで生じる一連の相変態における材料組織の時間変化を予測する手法の開発と応用を行っています。特に、組織形成シミュレーション手法であるフェーズフィールド・モデルの開発に従事し、拡散相変態を世界最高精度で計算するモデルの開発に成功しています。また、実験的アプローチ、分子動力学法による原子論的アプローチ、さらにはデータ同化、機械学習といった情報科学のアプローチを組み合わせて、種々の合金系における材料組織制御に取り組んでいます。超大規模計算によって組織形成の新しい学理を開拓し、実プロセスの最適化につながる成果を得ています。

  • ポリスチレン架橋ビスホスフィン配位子による
    高活性触媒の創製

    高分子担体を反応場とする金属錯体触媒の設計と効率的合成プロセスの開発

    高分子担持金属触媒の創製に有効なポリスチレン架橋ビスホスフィン配位子を開発しました。高分子トポロジーの効果により、金属錯体の不均化や金属凝集による触媒の不活性化を抑制することができます。第一遷移系列金属触媒の配位子として特に有効です。

    研究の内容

    不均一系(不溶性)金属触媒は、反応混合物からの分離が容易で再利用性に優れた環境負荷の少ない有機合成手法ですが、対応する均一系(可溶性)触媒と比較して、触媒活性が低下することが問題です。私たちは、高分子鎖のトポロジー制御に基づき、高活性なモノキレート型単核遷移金属錯体の発生に有効なポリスチレン架橋ビスホスフィン配位子PS-DPPBzを開発しました。塩化アリールのアミノ化カップリングやエステル-アゾールカップリング等のNi触媒反応などの効率を著しく向上させ、既存触媒では適用困難であった基質に対しても有効です。本触媒は、ろ過による分離や再利用も可能なことから、産業利用が期待されます。