北海道大学 研究シーズ集

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9. 産業と技術革新の基盤をつくろう:131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。

  • 古くて新しいプロバイオティクス 薬剤耐性菌問題の克服も目指した新たな動物疾病制御法の実践研究

    古くて新しいプロバイオティクス

    子牛の感染症(下痢症や肺炎など)は成長に悪影響を及ぼし、時には死に至らしめることから生産性を低下させる重要な課題となっています。北海道大学は、「子牛の下痢を予防したりワクチン効果を向上させるプロバイオティクス」の開発に成功しました。

    研究の内容

    ・粉ミルク(代用乳)を原料した発酵代用乳を作製したところ、発酵品質が安定して、雑菌の混入がなく、「高品質で安全なプロバイオティクス」であることがわかりました。
    ・ロタウイルス感染による子牛下痢症モデルを用いた実験および下痢発生農場の子牛を用いた大規模な実証試験を実施し、発酵代用乳が子牛の下痢症の臨床症状を軽減し、腸炎による死亡を減少させることを証明しました。
    ・子牛へのプロバイオティクス(酪酸菌)の給与により、ワクチンに対する免疫応答が増強されることも 育成牧場での大規模実証試験で証明しました。

  • 「すごそうな英語」 よりも 「伝わる英語」 の習得と教育のために

    様々な言語の話者が英語でコミュニケーションを行っている現代において重要なのは「母語話者のような英語」よりも実際に相手に「伝わる英語」だと言われています。私は音声言語を中心に英語の「伝わりやすさ」に影響を与える特性について研究しています。

    • 分析対象の音声
      agree の <V> は日本語の音節構造の影響で不要な位置 (子音 /gr/ の間) に母音が発音されていることを示す

    • 様々な言語の母語話者 (いずれも言語学もしくは英語教育の知識を有する) による日本人英語音声の評定値の多重相関分析
      EN: 英語母語話者 / JP: 日本語母語話者 / OT: その他の言語の母語話者
      母語が一致する評定者間 (英語ー英語 / 日本語ー日本語) の評定値の一致度が高い傾向があるが、それに関わらずに総じて評定値の一致度が高い

    研究の内容

    近年の英語習得研究においては特に音声言語において「母語話者らしさ(nativelikeness)」と「伝わりやすさ(intelligibility)」が区別され、それぞれが異なる要素の影響を受けていると言われています。恐らく言語一般的に母語話者らしさに影響を与えるのは当該言語の方言差が生じる部分で、英語の発音では母音の違い(route: 英/ru:t/ 米/raʊt/)、日本語の発音ではピッチアクセントの違い (牡蠣 vs 柿)) がこれに相当します。一方で国際コミュニケーションのためには 「伝わりやすさ」 の向上が重要であることは学界の共通認識であるものの、その要因となる特性については更なる研究が必要な状況です。本研究では様々な母語の話者による日本人英語音声の評価とその音声特性との相関を分析しました。

    小西 隆之 准教授 Takayuki KONISHI
    博士 (国際コミュニケーション)
  • 魚類加工残渣中のコラーゲン・コンドロイチンの有効活用

    水産廃棄物に含まれるコラーゲン・コンドロイチンの生物活性評価と産業応用

    魚の加工残渣に多量に含まれるコラーゲン・コンドロイチンの生物活性を、おもに細胞培養法で解明してその成果をもとに機能性食品や機能性化粧品、組織工学用細胞足場材料、細胞培養基材等を開発し、社会実装する。

    研究の内容

    ① 魚類コラーゲンを用いた組織工学用細胞足場材料、細胞培養基材の開発
    チョウザメ浮袋コラーゲン等を材料として、細胞足場材料を開発する。これまでに、コラーゲン原線維を細胞培養プレートにコーティングする技術を開発した。通常のプレートと比べて、本コート上に播種された細胞は形態を変化させ、細胞高が大きくなった。

    ② コラーゲン、ゼラチン、およびペプチドの皮膚線維芽細胞活性化効果
    皮および頭から酵素を用いてペプチドを生産し、その抗酸化能と線維芽細胞活性化能を検定したところ、抗酸化能は頭部をまるごと酵素消化したペプチドが最も高かった。一方で、線維芽細胞活性化能はコラーゲン含量が高い試料が高かった。現在、チョウザメ皮由来高純度ゼラチンからペプチドを生産する技術を開発中。

  • 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。

  • シードル加工用の種子無しリンゴの育種基盤の構築

    植物遺伝資源の多様な特性を理解し、植物育種への応用を考える

    植物の三倍体は一般的に不稔になると考えられている。しかし、予備試験においてリンゴの三倍体が種子を形成していることがわかった。本課題ではリンゴの三倍体品種に形成される種子を利用し、その後代の獲得を試みる。

    研究の内容

    果樹生産は栽培・管理に多大な労力と時間を要する。これまでは果実の高品質化を目指してきたが、担い手不足が顕在化していることから、作業の効率化と収益性向上が望まれている。近年、シードル生産に注目が集まっている。リンゴの搾汁の際に種子の混入がシードルの品質低下を招くが、種子無しリンゴの育成は困難である。その要因がリンゴゲノムの頑強性にあると考え、異数体作出による完全種子無しリンゴの育種基盤を構築する。

  • 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。

  • 乳牛の飼養方法と生産される乳の品質

    日本全国、乳牛は様々な方法で飼養されていますが、牛乳の品質(成分的、衛生的、官能的)との関連は、明確ではありません。
    実際の酪農現場で生産された乳を解析し、乳牛の飼養方法と生産される乳の品質との関連を明らかにしています。

    研究の内容

    「乳牛の飼養方法と生乳の成分的品質との関連」
    乳牛の飼養方法は日本各地で異なり、特に北海道では気候条件などの違いにより明確に異なります。
    北海道の各地域における飼養タイプの違い(畑作型、草地型、都市近郊型)と各酪農家で生産された生乳の成分、特に乳製品の品質と関連が強い脂肪酸組成やビタミン、カロテノイドとの関連を検討しています。

    「乳牛の飼養方法と牛乳の官能的品質との関連」
    乳牛の飼養方法の違いと生乳の成分的品質との間には関連性が強いことが分かってきました。
    しかし、ヒトが実際に飲んで感じるおいしさ(味、香り、食感)との関連は明確でありません。
    そこで、乳牛の飼養方法、生乳の成分的品質、牛乳の官能的品質、これら3者間の関連を検討しています。

  • 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。

  • 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。

  • 群飼育下の乳用雌哺育牛から体調不良個体を早期検出するリアルタイムモニタリング技術の開発

    生涯生産性を高める哺育・育成からのスマート酪農を目指す

    わが国の生乳生産の安定化のためには、哺育牛の損耗低減が必要である。本研究は、哺育牛群の体温、行動、容姿の常時全頭モニタリングによって体調不良個体を早期検出する技術を開発する。

    研究の内容

    ①群飼育哺育牛の健康状態指標の全頭同時リアルタイムモニタリング技術の開発
    哺育牛の行動型、体温、容姿を牛房内の哺育牛全頭について同時に常時モニタリングする機器技術および解析技術を開発する

    ②群飼育哺育牛の中から体調不良個体を早期検出する技術の開発
    哺育牛の行動型、体温および容姿の全頭同時モニタリングデータから人工知能によって体調不良個体を検出する技術を開発する

  • 漁具の水中形状・動態可視化技術(NaLA)

    漁具の水中動態をPCで可視化

    漁具の設計図と海況条件をPCに入力することで,様々な漁具の水中での形状やその動き,各部材に作用する力を数値シミュレーション技術により可視化することができます。
    (企業との共同研究により研究開発が行われています)

    研究の内容

    漁具の水中形状や動態をPCで数値シミュレーションにより予測し、可視化することにより、
    ・新しい漁具や施設を開発するため実機製作前に評価できる
    ・操業中の漁具の状態をモニタリングし漁労作業を支援する
    ・設置海域での施設の耐流性・耐波性を評価する
    など、漁業生産施設の操業や設計の最適化を実現します。

  • ポータブルな液体クロマトグラフ(化学分析装置)

    検査室から持ち出せる化学分析装置

    液体クロマトグラフはサイズおよび重量が大きいため、実験室での使用に限定され、試料の採取場所での分析や小規模な実験室での分析は困難でした。そこで、構成要素を根本から小型化することに取り組み、超小型・超軽量装置の開発に成功しました。

    研究の内容

    ・液体クロマトグラフ法(HPLC)
    各成分は、カラム内で充填剤との相互作用の程度の違いで分離されます。分離するため、成分どうしの干渉なしに分析できます。溶出時間で成分が特定でき、検出信号の強さから濃度を決定できます。

    ・ハンディーポータブルタイプ
    使用のつど収納でき、限られたスペースを有効活用
    低溶媒使用量で低コスト 現場での取扱いも容易
    シンプルな構造でセッティングとメンテナンスが容易
    極微量の試料導入量により希少サンプルの分析に最適
    入手容易な乾電池が使用可能
    従来スペースに複数台設置して分析効率を向上

    ・コンパクトオールインワンタイプ
    カラム(チップ)と検出器(ブロック)をモジュール化。各種検出法に対応し、交換可能。

  • 植物性色素の生理機能とその応用

    植物色素の力で植物もヒトもストレスに強くなる!?

    植物色素の一種であるベタレインの、植物細胞内における生理機能として、ストレス負荷により蓄積する活性酸素(ROS), 活性窒素(RNS)消去能及び機構解明をおこなう。植物の環境ストレスに強い植物開発への応用を目指している。

    研究の内容

    寒冷地作物ビーツに含まれる赤や黄色のベタレイン色素は抗酸化や血圧降下作用など多機能性が示唆されるが、ベタレインは非常に不安定なため精製度の高いベタレインを用いた検証は非常に少なくベタレイン色素自身の機能詳細は不明である。
    そこで、ビーツに含まれ得るベタレイン色素(ベタシアニン・ベタキサンチン)の高純度精製法を確立した。得られた純度の高いベタレイン色素を用いて、活性酸素や活性窒素の消去能を in vitro または in vivoで測定することにより、種々のストレスに対する細胞保護機能を評価し、機能性食品開発や環境ストレスに強い作物の作出を目指している。

  • 食品ナノ構造の非破壊スローオペランド解析

    大型施設でしかできないと思われていたこと。実は北大でできます

    食品はいくつもの相が混合した「混ざりもの」です。その「混ざり方」は食感を左右する重要な要素です。製造プロセスや保存プロセスで起きる「混ざり方」の変化を非破壊・連続的に観測します。

    研究の内容

    ほとんどの食品は水を含む複数の相(同一の結晶構造・分子構造を持つ領域)が混合した「混ざりもの(複相組織)」です。「混ざりもの」の食感はそれぞれの相の性質だけではなく、構成する相がどのような大きさ(スケール)でどのくらいの個数が存在しているかという「混ざり方」も大きな影響を及ぼしています。構成している相は原料を決めるとある程度決まってきます。例えばモッツアレラチーズといえば、どの製品にも共通する味や食感があります。一方で、味や食感は製造者によって明確な違いがあります。中でも食感については、その違いを決定する最重要な要素が「混ざり方」であり、製造プロセスにより大きな影響を受けます。

  • 超低価格のオンサイト検査システムの開発

    どこでも誰でも検査が可能な検査チップ

    どこでも誰でも検査が可能な検査チップの開発を行っています。紙を基材にすることで、材料コストだけでなく、廃棄コストも低減することができます。検出器にスマートフォンを利用することで、超低価格のオンサイト検査システムが実現できます。

    研究の内容

    ・検査チップとアプリを開発中
    紙製検査チップとスマートフォンで簡便ながら精度良い分析が可能

    ・紙製検査チップ(ペーパーマイクロチップ)
    軽量・薄型の検査チップ
    スマホが測定器だから導入費はゼロ
    熟練がいらない簡単な操作
    スマホアプリが高精度で検査
    検査後の処分も簡単

  • 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。

  • 無機-バイオ界面に着目した新規材料作製

    シリカ合成酵素、バイオミネラル、無機-有機複合材料、自己修復材料

    我々は生物が創り出す鉱物(バイオミネラル)に着目し、それを人工的に模倣した無機材料作製技術を開発しています。また、無機物とバイオ分子の界面に形成される親和力を利用した新たな金属分離技術および吸着・接着技術についても取り組んでいます。

    研究の内容

    1.シリカ合成酵素を用いた新規ハイブリッド材料作製
    シリカは酵素によって合成されており、シリカ合成酵素はシリカテインと呼ばれています。シリカテインを用いることで、常温・中性pHという温和な条件下でシリカの重合を行うことが可能なため、バイオハイブリッド材料の作製ツールとして利用できると思われます。我々は、タンパク質融合技術により、シリカテインを可溶化した状態で長期間安定に存在させることに成功し、様々な複合材料の作製のツールとして用いています。
    2.バイオ界面に着目した新たな金属分離技術と固体吸着技術の開発
    生物は様々な力(相互作用)を用いて、固体表面に接着しています。我々はその力をうまく利用することで、紙(セルロース)を用いた金属イオン捕集技術や、特定の金属だけに吸着・接着する技術の開発を行っています。

  • 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
    北海道大学大学院工学研究院 応用化学部門・先端材料化学研究室 
  • 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