東北テクノアーチの製品・サービス一覧

3Dコンクリートプリンタ(3DCP)において、積層されたモルタルの層間には不連続層が出来るため、層方向の剪断力に弱い。そのため、層間を貫くように垂直に金属製の補強材を挿入することで、強度及び靭性を高める対策がなされてきた。しかし、従来の補強方法は直接補強材を打ち込む方法であり、セメント系材料が時間の経過によって硬化を始めると、補強部材を所望通りに打ち込むことが難しくなる。また、従来は特定方向のみの補強を行うため、異方性のない自由な造形物の補強はできなかった。 　本発明は、多方向からねじを自動で打ち込むことが可能な機構で、異方性のない造形物の補強が可能となった。ねじの姿勢を保持したまま打ち込み対象物に、所定の深さまでねじが打ち込まれた段階で、保持を解除することで、位置ずれを抑えながら所望の角度でねじを挿入することができる。また、ねじを装填可能なカートリッジを備えることで、効率良くねじを打ち込むことが可能となった。

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溶媒に溶けている溶質が一定の温度(LCST)を超えると相分離する現象を示す化合物群が知られている。その代表としてポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAm)が研究されており、温度応答型スマートウィンドウへの適用事例が報告されている。しかし、PNIPAmのLCSTは31℃と一定であるため、より柔軟に外気温に応じたLCSTに対応できる化合物が産業上望まれていた。 　発明者らは研究の末、新規化合物の合成に成功した。この化合物は、その構造の一部を改変させることで、LCSTを約25～55℃の範囲で制御可能であることに特徴を見出している。スマートウィンドウへの適用を考えた場合、その大半は電圧のON・OFFで透過・非透過を切替える方式のため電源を必要とする。一方で本件化合物を用いたスマートウィンドウは外気温の変化により自発的に透過・非透過を切替えるため、電源がない場所でも使用可能である特徴をもつ。さらに、光の透過具合に応じた熱のコントロールにより暑熱対策効果も期待がもてる。

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産業廃棄物や岩石、汚染土壌を含む固体廃棄物には、有害な重金属や資源となる希土類金属（レアアース）など様々な元素が含まれている。上記金属を回収するために、従来は抽出剤として強酸を用いて廃棄物を溶解し、電気化学手法で回収する手法が用いられてきた。しかし、従来法は化学薬品や電力を多量に消費するため環境的・経済的な課題がある。そこで発明者らは、環境にやさしいキレート剤を抽出液として利用することで固体廃棄物から金属イオン成分及び陰イオン成分を効率的に抽出し、その後抽出液から金属イオン成分及び陰イオン成分を回収する、抽出液を再生・再利用可能なプロセスの開発に成功した。 　本発明は、汚染土壌の有害イオン除去処理への応用が期待され、土壌を処理場に運搬する必要がなくその場で処理できることが利点である。また、鉱物からのレアアース等の資源回収にも活用が期待され、さらに、固体廃棄物を利用したCO2鉱物化技術(例えば、特許第7345791号)と組み合わせて使うことも可能である。

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■東北大学技術のご紹介（T06-011_T07-149_T13-005_T14-156） ヘリウムは供給不安やコストが高いため、ヘリウムを用いた冷却システムは使用継続が困難な懸念がある。 　本発明は、気体N2とスラッシュN2の二相流体を連続噴霧することで、ヘリウムを用いない急速冷却が可能である。具体的にはラバルノズルを用いて遷音速で噴霧することで、スラッシュN2を連続生成することを特徴とする。 　細胞凍結の実施例では、液体窒素浸漬と比較して解凍時における細胞生存率が23%向上する結果を得た。本実施例に限らず様々な冷却システムへの適用の可能性がある。 　また半導体洗浄において有害な薬液を使用しないレジスト除去への適用も検討可能である。

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■室蘭工業大学技術のご紹介（MU24-001） ホウ酸アルミニウムウィスカーは、機械的強度や耐熱性などに優れており、主に金属材料の強化材として使用される。例えばその製造方法として、溶融剤を用いるフラックス法があげられる。しかし製造工程の最後に溶融剤とウィスカーとを分離する必要があるため手間がかかるという課題があった。 　本発明は、液体溶媒を利用した反応工程を構築する事で従来法の課題を解決し、ホウ酸アルミニウムウィスカーの簡便な大量製造を実証したものである。より具体的には、金属アルミニウムをハロゲン化物イオンの添加やpH調整によりアルコールに溶解させ、さらにホウ素化合物と水の組成物を混合し、pHを再調整することにより析出した沈殿物を焼成するという工程である。そのように製造されたホウ酸アルミニウムウィスカーは、特にアルミニウムやマグネシウムの軽金属に親和性が高く、自動車エンジン部品や半導体の製造装置等の用途展開が期待される。

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近年、医薬品製造などの分野において、細胞を大量培養することが求められている。培養の際、細胞を安定的に増殖させるためには、培養液中に蓄積するアンモニアを除去する必要がある。アンモニアは細胞に悪影響を与える老廃物の代表的なものとして知られている。今までは、透析の原理を利用して培養液から老廃物を除去していた。しかし、老廃物を充分に除去するために、成分調整液槽の容積を細胞培養槽の容積の10倍以上に設定していたため、必要な液量が莫大でコストがかかるという課題があった。 　本発明によって、新しいアンモニア除去技術を提供することが可能になった。本発明の態様はアンモニア吸着剤およびアンモニア除去方法である。本発明のアンモニア吸着剤は、L型ゼオライト、フェリエライト、ZSM-5型ゼオライト、強酸性陽イオン交換樹脂およびプルシアンブルー型錯体のうち、少なくとも1種の物質を含むことを特徴とする。これによって、より効率良く細胞を培養することができる。

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■東北大学技術のご紹介 　半導体化した強誘電体のセラミックスの中には、キュリー温度を越えると電気抵抗率が劇的に上昇するPTC サーミスタ特性を示すものが存在し、ペロブスカイト型BaTiO3を主成分とする材料が、高温や大電流発生時を想定した電気回路保護素子として広く利用されている。従来法による、絶縁体であるBaTiO3粉末の半導体化と焼結には、強還元性雰囲気と1400℃付近の高温が必要とされている。 　本発明は金属Na蒸気を用いて、BaTiO3系半導体セラミックスを低温・低コストで合成する手法であり、粒子サイズの調整も可能である。

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　医療画像における腫瘍の診断には、Radiomicsという定量的な特徴量を計算する手法が用いられている。しかし、この手法では患部の輪郭を抽出したマスク画像の準備が必要となり、医師の負担が大きい。また、計算の対象はマスク画像で囲まれた範囲に限定されるため、腫瘍と周辺組織との関連性を評価できないという課題がある。 　本技術は、腫瘍周辺の組織も含む範囲を四角形で囲み、その領域の相関係数に対してFourier解析を行うことで、相関係数の推移に含まれる周波数（Image frequency）を計算する、腫瘍の画像診断方法およびプログラムに関する。 　特徴： 1. 正方形で腫瘍を囲むだけでよく、マスク画像が必要ない 2. 腫瘍と周辺組織の相互関係が定量化できる 3. 計算早い（1例あたり数秒）

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　耳科手術における内視鏡下手術は、近年飛躍的に発展し続けている。しかし、耳科手術操作は吸引、把持、牽引、剥離、切離、顔面神経刺激、電気凝固止血にて病変部位を摘出し、鼓膜や伝音再建を行うが、片手で全て行うことは容易ではない。従来、内視鏡固定装置を用いて両手で操作する手法があるが、内視鏡を自由に動かすことができず、患者が動くと視野がぶれてしまう。その他の従来法として、助手が内視鏡を持ち、術者が両手操作を行う3-hand surgeryがあるが、習得が難しく、狭窄部では手が干渉するため全ての行程で適用できない。 　本発明の内視鏡アセンブリは、内視鏡と手術器具を片手で安定して把持し、自由な操作を可能とする。内視鏡と手術器具を可動性接続部で接続し、手術器具を持ちながら同じ手の指で容易に内視鏡の位置を容易に調整できる構成とした。また、視野を確保したまま片手で手術器具を操作し、もう片方の手で吸引、把持、牽引、剥離、切離などの操作を同時に行うことが可能である。

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半導体実装において、異種材料集積は極めて重要なプロセスであり、近年ではバンプを介した実装技術の高度化に注目が集まっている。 　従来は、接合界面に応力を集中させることで強固な接合を実現するピラミッド型や円錐型のバンプが開発され、低温接合の技術として利用されてきた。しかしその一方で、応力集中によりデバイスや基板に損傷を与えるという課題があった。 　本発明では、内部が中空構造となったバンプを開発し、この課題を解決した。中空構造により、バンプが低荷重で塑性変形し、新たな金属面が形成されることで、低温かつ低荷重での高信頼な接合が可能となる。本技術を応用することで、従来のバンプ接合における課題であるデバイスや基板へのダメージを大幅に低減できることが期待される。

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がんの再発率は平均して約20％であり、進行の早いがんでは5年以内の再発率が70％近いとも言われている。再発の原因として、放射線や薬剤に耐性を示すがん幹細胞の存在が指摘されている。近年、がん幹細胞をターゲットとした創薬研究に注目が集まるが、がん組織中にがん幹細胞は極めて少数しか含まれておらず、研究を困難としている。また、がん細胞からがん幹細胞を誘導する方法が複数提案されているが、いずれも培養コストや誘導時間がかかり、臨床応用できるものではない。 　本発明は、がん細胞をダブルネットワークハイドロゲル（DNゲル）の上で培養することで、薬剤使用や遺伝子操作を行うことなく24時間でがん幹細胞を誘導する方法に関する。本方法で誘導されたがん幹細胞は、幹細胞マーカー遺伝子発現量が増加しており、かつマウスに注入されると少数でも腫瘍形成能を有する。 　本方法によりがん幹細胞が簡便に作製可能となることで、再発や転移が起こらない根本治療を可能にするがん治療薬の開発促進が期待される。

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エネルギー産生を担うミトコンドリアは、機能低下時に活性酸素種（ROS）の産生量を増大させる。ROSは神経変性疾患、糖尿病、がんなどの疾患の発症および悪化に関連している。なかでも、腸管上皮細胞のミトコンドリア活性低下は、腸のみならず全身の疾患に関わることが明らかになっている。 これまで、腸管上皮細胞においてミトコンドリア機能に影響を与える食品成分を同時に複数解析した例はない。 　発明者らは、ブタ小腸管上皮細胞を用いてROS産生を抑制する作用を有する成分を検出する方法を構築し、スクリーニングを行った。その結果、研究室で有する乳酸菌の1種であるFFIG35（Ligilactobacillus salivarius）が、ROS産生を抑制し細胞の酸素消費量やATP産生量を改善することを明らかにした。 　上記乳酸菌を食品に混ぜて摂取することで、様々な疾患を予防し健康寿命の延伸につながることが期待される。また、上皮に作用してミトコンドリア機能を改善するというメカニズムのため、外用剤（化粧品、入浴剤など）として活用できる可能性もある。

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■東北大学技術：T22-272 　地球温暖化の原因物質である大気中CO2の削減に向けて近年、CO2と反応して炭酸塩鉱物を形成するカルシウム等の金属元素に富む玄武岩やかんらん岩などの苦鉄質岩や超苦鉄質岩を用いたCO2地中貯留が世界的に注目されている。しかし、CO2地中貯留の地下環境は通常、低温で反応性に乏しいうえ、地下の孔隙の量や連結性あるいは浸透性も十分に大きいとは限らない。これらの課題を解決する技術が必要である。またCO2を水に溶かしこんで貯留する方式では、海水の使用が望まれるが、海水中の金属イオンとCO2の反応をCO2の貯留が完了するまで一時的に抑制する技術も必要である。本発明は，鉱物の溶解を促進し、金属イオンを捕捉する植物由来・生分解性キレート剤を利用してCO2地中貯留と鉱物固定を促進するものである。本発明により地下の岩石層の鉱物を溶解して孔隙を形成し、孔隙の量と連結性（CO2貯留空間）を増大させるとともに浸透性（CO2の圧入性）を改善することができる。また、キレート剤を含む海水にCO2を溶け込ませて貯留すれば、孔隙を形成しながら、CO2と同時に炭酸塩鉱物の形成に必要な金属イオンも貯留するとができる。

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東北大学技術のご紹介：安全・効率的で環境負荷の少ない地下岩盤破砕技術（T25-004） 地熱発電、二酸化炭素の地中貯留（CCS）、再生可能エネルギー由来の水素の地下貯留など、地下エネルギーインフラの構築においては、深度1000〜5000m、温度30〜300℃程度の岩盤に高浸透性のき裂を形成し、流体の通路を人工的に確保する技術が不可欠である。近年は、より安全・効率的で環境負荷の少ない技術の開発が強く求められている。 　従来の水圧破砕法は、坑井からの流体圧入により岩石を破壊する単純な力学的技術であるが、高圧注入による誘発地震の懸念や、中程度の浸透性の岩石における流体損失とき裂開口の困難さ、あるいは開口した後の開口維持の困難さなど、複数の技術的・環境的限界が明らかになっている。このような背景から、化学的手法、特にグリーンケミストリーに基づく破砕法の革新が求められている。 　本発明は、バイオベース反応性増粘流体を用いて、岩石を化学的に弱体化させながら、比較的低圧でき裂を形成、開口・進展させ、さらにき裂面溶解による凹凸形成を通じて、き裂の開口を維持し、浸透性を持続的に向上させることを志向した革新的破砕技術である。

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情報化社会の発展に伴い、より低消費電力、高速、小型なデバイスが求められているが、既存の半導体集積回路（CMOS）の微細化や高集積化には物理的・技術的な限界があるとされている。これは電子の移動を利用するデバイスでは発熱や遅延が不可避なためである。そこで発明者らは、スピン波（特に磁性絶縁体YIG中を伝搬するマグノン）を情報担体とし、電子の移動を伴わない情報通信技術の原理実証や演算素子の作製に成功している。 　本発明は、前記マグノンを利用し、リング状の干渉部を用いて複雑な入力信号を適切なアドレスに出力するアドレスエンコーダ・デコーダ回路に関する。

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量子アニーリングを古典コンピュータでシミュレーションするため、イジングモデルを用いたSimulated Quantum Annealing（SQA）が注目されている。発明者らは、全結合イジングモデルを用いるSQAアルゴリズムの多レベルの並列処理をField Programmable Gate Array（FPGA)上で実装可能とする並列アルゴリズムを開発した。（関連文献[1]） 　本発明はスパース結合モデルに対応でき、古典スピン系のイジングモデルの解析をより高速に行うアルゴリズムに関する。これによりFPGAを用いた実用的な速度でのSQAの実行が期待される。

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　CO2を電気分解し、資源化する電気化学的CO2還元反応（CO2RR）プロセスは、抜本的なCO2削減手法として注目されている。しかし、従来法では、エネルギー効率が低いという課題があった。今回、発明者は、水熱反応場と呼ばれる高温高圧水環境を利用して、 CO2RRプロセスの高効率化が可能であることを見出した。 CO2で加圧した150℃、100気圧の高温高圧水条件で電気分解を行うと、水中のCO2の高い拡散係数と溶解度により、電極へのCO2供給が促進されるため、エネルギー効率を大幅に改善できることを明らかにした。 　さらに、再生可能エネルギー由来の電力に加え、 工場の未利用低温廃熱の利用により、CO2吸収量が排出量を上回る「カーボンネガティブ」な基礎化学品（メタノール）の合成が可能なことを技術アセスメントによって示した。

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■東北大学技術のご紹介（T11-045） 健康状態を把握するために、採血による生体成分（血糖や乳酸など）の測定が行われている。しかしながら、持続的な測定が困難で、かつ侵襲的であるため使用者への負担が大きかった。そこで、本発明では長時間リアルタイムで生体成分を測定でき、且つ使用者に痛みを与えない生体成分測定センサを提供する。 　具体的には、極微細な皮膚刺入針に特殊な加工を施して皮下組織液を透析のように回収する生体成分測定用のプローブを開発した。金属針表面に穴付き膜で覆われた流路を作製した微小還流針を皮膚に刺入・留置した状態で、流路に還流液（生理食塩水）を循環させる。濃度拡散（浸透圧）により皮膚組織内の物質が流路の穴を通って還流液中に入り込むため、これを体外まで流し、体外に設置したセンサにて計測した還流液中の濃度から血中濃度を推定する。 　本発明は、微小な針を皮膚に貼りつけるだけで、非観血的で痛みが少なく、採血と同等の計測を連続的に行うことが可能である。 ＊関連特許（T25-009）についてはPDFファイルをご覧ください。

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　アンモニアは燃焼しても二酸化炭素を排出しないため、化石燃料の代替燃料として利用が拡大している。しかし、アンモニアの燃焼性は化石燃料と比べると悪いため、アンモニア用燃焼器の開発にはアンモニアの酸化反応を促進させる何等かの燃焼支援手法が必要とされている。 　アンモニア燃焼支援法として、強度の予熱や強力な点火器の使用などが考案されているが、高い熱エネルギーの必要性、高い熱負荷に対する材料コストの増加や耐久性の低下が課題である。そのため、より低コストで簡便な手法が求められていた。 　本発明は、深紫外光を照射するのみで、容易にアンモニアの燃焼性を促進させることを見出した。図1に示すように、深紫外光によってアンモニアが励起し、励起したアンモニアは活性なラジカル（NH2とH）に分解され、燃焼反応を促進する。なお、水素火炎からの深紫外光発光は非常に弱いことから、電気デバイスによる深紫外光照射に必要なエネルギーは低く、本発明は簡便で低コストなアンモニア燃焼支援法である。

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