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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乳酸(細胞に悪影響を与える細胞老廃物)を除去する必要がある。今までは、透析の原理を利用して培養液から乳酸を除去していた。しかし、乳酸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、乳酸の除去効率を高めつつ、乳酸や乳酸除去処理が細胞や微生物の増殖に与える悪影響を低減する、新しい乳酸除去技術を提供することが可能になった。本発明の態様は乳酸吸着剤であり、複数の金属水酸化物層の層間に保持される陰イオンおよび水分子とを有する層状複水酸化物を含むことを特徴とする。また、本発明が乳酸を含有する溶液に接触すると、溶液中の乳酸を吸着する。これにより乳酸の除去効率を高めることができる。
ノッキング現象はエンジンの熱効率向上の阻害要因であるが、ノッキングの詳細な発生メカニズムは、流体力学や化学反応の複雑な相互作用のため、完全に解明することは困難とされていた。 発明者らは、反応性流体の基礎方程式を計算するＤＮＳ（Direct Numerical Simulation）を実施し、世界で初めてノッキングの実験データとの一致を確認した[1]。さらにノッキングの発生メカニズムを詳細に分析したところ、極限的な条件においては、燃焼化学反応波である火炎が、火炎として存在できなくなり、激しい全体的な着火に遷移せざるを得なくなる「臨界条件」が存在することを突き止めた。そこから着火と火炎の等価理論を構築し、ノッキングの発生条件を導き出すことに成功した[2]。 本発明によって、これまで不可能とされていたノッキング発生を精度良く、かつ比較的簡易に予測することが可能となる。
近年、半導体デバイスの小型化及び高出力化によって発熱密度が増加し、高い冷却性能が要求されている。ベイパーチャンバーなどの蒸気の拡散を利用した冷却手法は、加熱された液体（作動液）が加熱面近傍で蒸気となった後、蒸気が加熱面から離れた場所へと排除され、液体として凝集し、加熱面に液体が再度供給されることで冷却を継続させている。しかし、発熱密度の増加に伴い蒸気の発生量が増加すると、蒸気が液体の加熱面への供給を妨げ、冷却効果が消失されてしまう。 そこで発明者らは、発熱密度の高い次世代パワー半導体に対応すべく蒸気と液体の流動現象を工夫することで、高い冷却性能を有する冷却構造体の開発に至った。
生細胞の体内時計の状態を解析する事で、自身の体調、病気診断や予防に役立つことが期待されている。従来の細胞採取方法は、皮膚生検、脂肪吸引、毛髪採取、綿棒で口腔粘膜からの採取等あるが、いずれも侵襲度が高いという課題がある。本発明は、超音波を用いて粘膜から低侵襲的に細胞採取可能なデバイスに関する。 粘膜組織から繰り返し細胞を採取するため、ランジュバン型振動子、金属棒、流路付き治具を使用し低侵襲の細胞採取デバイスを作製した。ブタ摘出食道粘膜組織から細胞採取実験を行った所、1分間に約3,000個の細胞が採取できた。
酸素流量計は、医療の場において、呼吸療法をはじめとし、重症患者に 対して、生命維持装置である人工心肺等にも幅広く使用されています。そ の流量値は医療従事者が数時間毎に監視しているのが現状です。小児の人工心肺等に使用する場合は、数週間単位で微量な流量調整が必要になり、もし流量が停止すると分単位で致命的な結果に繋がってしまいます。 本研究で開発した酸素流量計は、流量計の内部に触れることなく、視覚表示、聴覚表示又は双方表示で、外部から流量の変化を監視することができます。 【実用性】 ・ボンベが空になったことをお知らせ浮き子が流量の上限値と下限値の範囲内にあることを常時監視し、流量の変化だけではなく、ボンベが空になった場合、瞬時にお知らせします。 ・測定開始忘れ防止 発光部・受光部センサを上下に２対セットすることで、上下どちらのセン サが先に浮き子を捉えたかがわかるので、浮き子が上からきたか下からきたかがわかります。浮き子が監視測定範囲内から逸脱したと判断した場合、警報が作動します。そのことから流量吹送開始前から電源を入れることが可能となり、吹送時の電源の入れ忘れを防止できます。
カテーテル等の体内治療器具について、患者の負担を軽減するため、 器具の小型化・細管化は重要である。また、1つの治療器具に種々の機能を追加することで、患者への体内挿入を1度にまとめることで、さらに患者 の負担が軽減できる。例えば、先端を自在に動かせるアクチュエータによって、光ファイバや各種センサ等を患部まで移動させる多機能ファイバの開発が盛んである。しかし、従来の多機能ファイバは、直径が2-6mmのものが多く、患者の負担が小さい物とは言えないものであった。 本発明は、直径1mm以下の多機能ファイバに関するものである。本 ファイバはアクチュエータを備えて能動的に駆動でき、さらに電気化学センサや温度センサ等の各種センサ機能、光ファイバから光照射する機能、中空流路から物質を導入する機能など、様々な機能を備えた細い多機能ファイバである。また、製造方法が極めて簡便であることが最大の特徴である。右下図は、本ファイバをドーパミン検出に応用したものである。本発明の多機能ファイバによって、10nMオーダーのアドレナリン検出に成功した。
分光イメージングとは、ある範囲内、各位置の分光情報を取得し、その 情報を画像化する技術のことをいう。分光イメージングを応用して物質の 分析や同定が行われているが、従来の分光イメージング装置は装置の小 型化、動画対応、高精度な分析が困難という課題を有していた。 本発明は高感度イメージセンサと高速チューナブルバンドパスフィルタを組み合わせた分光イメージング装置に関する発明であり、以下特徴を有する。 ・ 非破壊、非接触、迅速に分光イメージングが出来る。 ・ 小型、ポータブル、低価格な分光イメージング装置を提供できる。 ・ 高精細な分光動画像を得ることが出来る。 ・ 液晶に電圧を加えることで透過波長を任意に制御することが出来る。 上記特徴を生かし、本発明は食品製造加工における食物の成分分析、 異物混入検査、農業における生育、収量調査、医療分野における成分検査などに応用が可能である。
無線通信ネットワークを改善する手段として、IRS（IntelligentReflecting Surface）が知られている。IRSはメタマテリアル素子を集積したデバイスであり、メタマテリアル素子を制御することで、デバイスに入射した電磁波を任意の方向に反射させることができる。これにより、遮蔽物の陰など電波が届きづらい場所にも有効な通信環境を提供することが可能となり、超高速通信を利用可能なエリアを拡張することができる。しかし、各通信事業者がそれぞれ独自のIRSを配備することによる、通信設備・配線等の増加による景観破壊、資源・エネルギー消費の増加、システムの冗長化といった問題が想定される。そのため、IRSを通信事業者間で共用する手法の確立が求められていた。本発明は、機械学習のアルゴリズムを用いて、IRSを複数事業者間で共用する手法に関するものである。
金属極（負極）／電解質／空気極（正極）で構成される金属空気電池は、他の電池に比べて軽量であるというメリットがあり、補聴器用の電源として実用化されている。一方で、電解質との接触に起因する金属極の劣化や、他の電池と比較して低電圧であることが課題として指摘されていた。本発明は、上記の課題を解決する新形態の金属空気電池に関するものである。本電池は、シート上に複数の金属極、電解質、空気極を配列し、シートを折り畳むことにより金属極／電解質／空気極の積層体が複数形成される、「折り畳み式金属空気電池」である。シートを折り畳むことで電池として機能するため、不使用時には電解質と金属極が接触せず、劣化を防ぐことができる。また、右図は、積層体のセル数を増やしたときの電圧の測定結果である。折り紙の要領でセルを複数積み重ねることにより、金属空気電池の低電圧性の問題も解決できる。本電池は従来課題を解決し、さらに折り畳み式という新たな形態であることから、下記用途等での実用化が期待される。
航空機や自動車の燃費向上のために、機体や車体の表面における空気抵抗、特に摩擦抵抗を低減することは有効である。摩擦抵抗低減の従来技術としてリブレット加工が知られるが、流体の流れる方向とリブレット加工の方向とが所定角度以上ずれると、かえって摩擦抵抗が増加する問題があった。一方、摩擦抵抗低減を目的とした粗面の研究例は少ない。 また層流(穏やかな流れで摩擦抵抗が小さい状態)または乱流(乱れている流れで摩擦抵抗が大きい状態)それぞれ個別に着目したシミュレーションは盛んに行われているが、層流から乱流への遷移に着目したシミュレーションは少ない。 本発明は層流から乱流への遷移に着目してシミュレーションを行い、砂状粗面が層流から乱流への遷移を遅延させることおよび摩擦抵抗を低減できることを解明した。したがって移動・輸送機関の表面に本発明の砂状粗面を適用すれば、摩擦抵抗を低減し、燃費の向上等が期待される。
光干渉計（例えばマッハ・ツェンダ干渉計）に基づく光回路は、光量子コンピュータ、光AIアクセラレータ、空間多重伝送通信等の、光を用いた次世代型情報処理技術のハードウェアとして重要視されている。従来、大規模な情報処理を行うためには大規模な光回路が必要であり、回路規模には光学テーブルやウェーハの面積の制約があった。 本発明の光干渉計を用いることで、前記の面積の制約を緩和し、光回路のさらなる規模拡張が可能となる。
肺瘻は肺切除術後に頻度の⾼い合併症であり、その同定や評価の⽅法としては，未だに古典的な⽔封試験が主に実施されている。しかし、従来法では修復の評価のためには何度も生理食塩水を満たして除去する必要があること、シートを使った修復の際には生理食塩水が接着性を下げてしまうこと等の課題があった。近年、別の方法としてインドシアニングリーンのエアロゾルを吸⼊させ、近⾚外線カメラを⽤いて同定する研究が報告されたが、作業が煩雑であり安全性も未知数であるため、より簡便な方法が求められている。 東北大学 加齢医学研究所 呼吸器外科学分野 渡辺有為先生は、胸腔内の局所の酸素濃度をモニタリングすることで、簡便かつ高精度に短時間で肺瘻の評価を行えることを見出した。本発明は肺瘻評価システム及び当該システムを搭載した医療機器に関する。本発明を実施した空気漏れ検出装置の開発、実装が実現すれば、従来法に比べて圧倒的に簡便に肺瘻の同定及び評価を行うことができる。
マイクロフォンに代表されるように周辺環境の情報取得に音波を用いる装置の産業利用が行われている。近年では、輸送分野(自動車等)の自動運転を実現する目的でさまざまなセンシング技術が研究されているなか、音波計測を検知デバイスとして活用する技術に注目が集まっている。従来、検知手段としてレーザーやカメラの検討がなされてきたが、雨等の荒天時に検出感度が低下することが自動運転の実現には大きな障害となっており、技術革新が望まれていた。 本発明は、音波を電気信号へ変換する過程を見直し、信号変換方法を工夫することで、周辺環境の擾乱に強い検知デバイスの実現を可能にするものである。
東北大学技術のご紹介（T20-3142） 3Dプリンタにおいて、金属粒子を溶融させるエネルギー量を低減させるためには、金属粒子の表面にnmオーダーのセラミックス粒子を分散させ、金属-セラミックス複合粒子として表面積を広げることが有効である。また複合粒子は耐食性、耐熱性、耐酸化性などの諸特性が向上するメリットもある。 しかし、金属粒子とセラミックス粒子は共に水中で正に帯電するため、均一な複合粒子の作製が困難であるという課題がある。本発明者らは以前にカーボンナノチューブを用いて複合粒子を作製し、表面電荷調整用の薬剤やバインダを使用しないことに成功している。 本発明はウルトラファインバブルを用いることで、カーボンナノチューブすら添加せずに、完全に不純物を除去した均一な金属-セラミックス複合粒子を作製する技術に関する。得られた複合粒子を3Dプリンターで造形することで、諸特性を改善した複合部材を実現することが期待される。
近年、 社会に大きな被害をもたらすウイルス性感染症に対して、都市下水中に含まれる疫学情報を利用し、 感染症患者の発生や感染流行を早期に検知する下水疫学的手法が注目を集めている。 現在、 感染症に関する下水疫学調査は、主にウイルス遺伝子を対象として、 定量 PCR によって検出することで行われている。 しかしながら、 下水試料の採取からウイルス遺伝子の検出・定量に時間がかかることや、ウイルス濃度が低いためにサンプルの濃縮が必要であること、分析にかかるコストや人的負担が大きいことなどの課題が残されている。 そこで本研究では、 迅速かつ簡便に下水中の感染症関連バイオマーカーを検出するセンサーの構築に取り組んだ。バイオマーカーは、ウイルスそのものと比較して高濃度で感染症患者から排出されるものが好ましく、 本研究では抗ウイルスヒト Immunoglobulin (Ig) A を試験物質とした。 サンプル中の IgA を電極表面に固定化したタンパク質との抗原抗体反応によって捕捉し、 反応に伴う電極表面状態の変化を電気化学測定によって検出する測定系の構築を試みた。
今日の臨床医療において、採血は病気の診断や治療を行うために頻繁に行われており、医療従事者不足の問題が指摘されている。また、臨床医でも肉眼で血管を見つけることが難しい患者もおり、施術に失敗するリスクがあるほか、針刺し事故や血液接触による感染症といった重大な問題も抱えている。これらの問題を解決するためには、ロボットによる採血の自動化が有効であると考えられる。 これまで様々な採血ロボットの研究が進められているが、多くの自動穿刺ロボットには超音波画像診断装置が使用されている。感染症の拡大を予防することを考えると、できるだけ患者と非接触で血管位置を推定し、自動穿刺を実現することが理想的である。 本発明は、2台の赤外線カメラを使った完全非接触な三次元血管位置の特定方法に関する。カメラの視線方向による屈折の違いを考慮することで、血管位置を高い精度で特定することが可能となった。
運動機能と認知症の関連性が指摘されており、その指標の一つとして歩行速度の調査が行われている。また、医療現場で実施される歩行計測では、歩行障害の診断・評価に有効と考えられる歩行パラメータの収集が行われており、これらを解析することで、歩行障害の診断や治療効果の判定を効果的に行うことができる。 従来の歩行評価方法として、ストップウォッチや歩数計、ビデオカメラ等を用いた計測方法があるが、いずれも一歩毎の特性を、場所や歩行距離に拘束されずに評価することは困難であった。その他の従来法に、慣性センサを用いて、つま先の加速度を積分して歩行特性を評価する方法がる。しかしながらこの手法では、前方歩行にしか適用できないという課題があった。 本発明は、被験者の足に装着できる小型軽量のセンサを用いて、一歩ごとの足爪先の３次元軌跡を生成する方法に関する。また、3次元軌跡から、歩数、歩幅、歩調、歩行速度、足爪先と歩行面との距離、および足爪先の振り上げ角度の各３次元歩行特性を評価可能である。
本発明は、厚さが数μm程度の薄い高分子製などの軟質薄膜に対し、超音波エコーの振幅スペクトルを解析し、超音波が軟質薄膜を通過する際に生じる音響共鳴現象を利用して単体の軟質薄膜の物性値を高精度に測定する方法である。従来法では、基板上に密着した薄膜の物性値を測定することは可能であったが、単体の薄膜を測定することは困難とされていた。本測定方法では、特殊構造の治具に薄膜を保持させ、真空引きすることにより、薄膜を基板に密着させて、超音波測定時に障害となる空気層を完全に除去することにより、音響インピーダンス、密度などの物性値測定が可能となった。
現在、鉄鋼、ニッケル（合金）およびチタン（合金）等の高融点金属材料の摩擦攪拌接合に対するニーズが全世界的に高まっている。これは、エネルギー消費量が多い、有害ガスが発生する、残留応力・溶接変形・組織変化により溶接部の特性が劣化するなどの問題点を抱える溶融溶接法の代替として、また近年の構造材料の高性能化に伴い、開発された多くの難溶接材の接合法として、摩擦攪拌接合が注目されているためである。本発明は、安価に製造可能で、鉄鋼、ニッケル（合金）およびチタン（合金）等の高融点金属材料の摩擦攪拌接合においても摩耗や破断の危険性が少ない1300℃で300MPa以上の0.2%耐力と延性を確保した摩擦撹拌接合用撹拌工具に関する。
次世代の半導体部品やコンピュータチップに発生する局所熱流束は106W/ｍ2を超え、総パワーは300Wに達し原子炉内の発熱密度をも越えようとしている。発生した熱を効果的に冷却管理することが望まれているが有効な冷却装置は存在していないのが現状である。特に次世代高性能CPUは従来のCPUに比べて消費電力が高く、106W/ｍ2レベルの放射性能が望まれており、現在の冷却法並びに強制対流沸騰熱伝達では限界があると指摘されている。 本発明は、106から107W/m2レベルの超高熱流束の冷却性能を有する新型混相電子冷却システムに関する。
本発明は、放射線検出方法及び放射線検出装置、並びに放射線検出装置を有する陽電子断層撮影装置（PET）に関する。 PETの背景について、高性能タイプの検出器には、CdTe結晶を用いた放射線検出器が使用されているが、共有結合結晶であり融点が高く、また作製費が高いといった問題点がある。例えば装置1台あたりの結晶のみの価格が数億円と高価である。このため、CdTeの代替材料として、安価であるTlBr等のタリウムハロゲン化物が注目されている。 臭化タリウム放射線検出器は、ガンマ線の検出効率が非常に高い反面、同時計数時間分解能が悪くこれまで利用されていない。 本発明によれば、実用に耐えうる同時計数の時間分解能を備えた臭化タリウム放射線検出器を用いた放射線検出装置、並びに放射線検出装置を有する陽電子断層撮影装置が得られる事が特徴である。
市販の細胞内核小体RNA染色色素はSYTO RNASelectの1種類しかない。この色素は生細胞に適用できない、光安定性に乏しい、蛍光波長が比較的短波長という課題を抱えている。 本発明のBIOPは新規RNA染色色素であり、RNAと結合時の蛍光量子収率が0.42を示し、高輝度な生細胞RNAイメージングを実現した。細胞膜浸透性にも優れており、短時間で生細胞内の核小体RNAを高いコントラストで染色することができる。更に重要なことにほとんど細胞毒性を示さず、長時間観察も可能である。 BIOPはその優れた蛍光特性と膜透過性により、ゲノムRNAを内包するエンベロープウイルスの迅速検出（～10分）にも適用できる。 また、BIOPはmRNAワクチンの品質管理にも有用である。ワクチンのRNA内包率やワクチンの品質低下に基づくRNA漏出の計測に適用できることを見出している。mRNAワクチンのモデル製剤を用いた場合、BIOPの検出限界は～10 7 個/ｍLであるため、例えばファイザー社のBNT162b2ワクチン（約4×10 13個/ｍL）には十分使える感度と考えられる。
セルロースナノファイバー(CNF)は、木材繊維から得られる高結晶性微細繊維であり 、軽量・高強度・低熱膨張といった優れた機械特性を有する環境適合型新素材である。この特徴を生かし、自動車部材や電子デバイス、ガスバリア材、医療用材料に用途展開が期待され、研究・開発が進められている。他方、レーヨンの名称で知られる、セルロースから成る化学繊維は、木材パルプや綿セルロースをベースに作製された再生繊維として、衣服やタイヤ材料にも活用されている。これまでにもCNFを原材料にした再生繊維は研究・開発が行われてきたが、得られる単繊維の強度特性が十分ではなかった。本発明は、単繊維創成の工程を工夫することで、高強度繊維を製造可能にしたものである。
2020年から猛威を振るったSARS-CoV-2では、医療逼迫および経済活動停滞が大きな問題となった。今後発生し得るパンデミックでは、これらの課題を解決しなくてはいけない。 東アジア地域におけるSARS-CoV-2による死亡率は低く、国内感染者の多くも非重症例であることは、未知の重症化抑制因子の存在を想起させる。医療逼迫及び、経済活動停滞を防ぐため上で、感染者の重症化を予測する方法は極めて重大である。 今回発明者らは4種類の風邪HCoV(-229E、-OC43、-NL63、-HKU1)のどのウイルスが、またどの抗原(表面タンパク)で刺激した場合にSARS-CoV-2に対して最大の交差反応性を示すかという点を明らかにすることを目的に、血液収集後にHCoVペプチドとELISPOT技術により非感染者および回復期患者での反応性確認実験を行い、重症化予測式を立てることに成功し、予測法を確立した。加えて、本研究で蓄積されたデータと得られた知見は、今後懸念される新興・再興感染症の対策に生かすうえで非常に有益である。
免疫抑制性受容体LILRB4（B4）は、PD-1に代表されがん治療等で注目される免疫チェックポイント（CP）分子の１つと期待されているが、その真のリガンドは不明であった。本発明は、B4の生理的リガンドフィブロネクチン（FN）の発見 1 と、B4-FN結合阻害により免疫制御が可能であることの発見に基づく、新規免疫CP阻害剤とそれを含む治療剤に関する。 B4-FN結合阻害による免疫制御や活性化の手段として： (1)FNアナログ（B4-FN結合を競合的に抑える） (2)抗B4抗体（B4に作用して、B4-FN結合を抑える） ＊注1 (3)抗FN抗体（FNに作用して、 B4-FN結合を抑える) が想定される。 ＊注1：(2)の抗B4抗体はX社へ独占ライセンスしたが、B4と作用する小分子、ペプチド、（1）と（3）は開発自由である。 それから、FN結合を阻害するB4のモノクローナル抗体を独自に作製し、B4をバイオマーカーとして肺がん患者の予後予測を検証できた（図C、特許 WO2023/002943）。
深紫外発光素子(DUV-LED)はAlGaN系窒化物半導体から作製される。そのAlGaN系DUV-LEDの基板材料には、AlGaNとの高い格子整合性、AlGaNよりも広いバンドギャップ、および高い熱伝導率が求められ、それらの条件を満たす窒化アルミニウム（AlN）が注目されている。 AlNは高温で高解離圧を示すため、CZ法のような融液からの結晶成長技術ではAlN結晶を成長させることが困難である。そのため、主に昇華法を用いた単結晶成長が行われているが、昇華法では、AlNを昇華させるために極めて高温が必要となり、このため、結晶の大型化、炭素などの不純物の低減、コストの低減が困難であるという課題があった。 本発明は、Fe系フラックスを用いた液相成長法によって、従来の液相成長技術より高い成長速度で、高品質なAlN単結晶を成長させることが可能となった。
腹圧性尿失禁症（SUI）は若年から高齢者まで広く罹患し、生活の質を著しく低下させる疾患である。従来はエストロゲンの減少が原因と考えられてきたが、エストロゲン補充療法は十分に奏功しておらず、現時点で第一選択となる有効な内服治療薬がないため、新規治療薬の開発が期待されている。発明者らは、根治的前立腺摘除術前の血清黄体形成ホルモン（LH）濃度が高い患者において、SUIの予後が悪いことから、LHが排尿機能に重要な役割を果たしていると考えた。 この仮説を検証するため、子宮を切除することで閉経状態を再現し、LHが上昇したモデルラットに、ゴナドトロピン放出ホルモンGnRHアンタゴニストであるデガレリレックスまたはセトロレリックスを投与したところ、LHが抑制され、尿道圧が改善されることが明らかとなった。この結果から、SUIとLH上昇に関連があることを見出され、LHを抑制するGnRHアンタゴニストが新規治療薬になる可能性が示された。
歯槽骨の吸収を引き起こす歯周炎は、成人のほとんどが罹患しており、進行すると歯を失う原因となる。近年は歯科用ConeBeamCTが普及し、歯槽骨の形態を3次元的に確認可能となっている。しかし、ほとんどの場合は視覚的に定性的な形態評価が行われるのみで、経時的に微細な形態変化を検出したり、その変化量を定量的に自動解析する方法は無かった。 本発明は、任意の歯の歯根部分のみの形態情報を利用して精密な位置合わせを行うことで、その周囲骨形態変化の可視化と定量化を可能とするものである。 右側の図Aは同一患者の撮影時期の異なる歯槽骨CT画像であるが、2年間で骨が吸収された部位（矢印）およびその吸収量を一目で確認することは困難である。本発明のプログラムを用いて十秒程度の半自動解析を実施することで、吸収された骨を赤く表示（図B）するとともに、骨吸収量（体積）を算出することが可能である。また、図Ｃに示す様に、解析対象歯の歯根表面を、現在も骨に覆われている部位（緑）と、吸収により骨が失われた部位（赤）に色分け表示することも可能である。
ナノ粒子を作製する従来技術として、アーク放電、レーザーアブレーション、化学蒸着（ＣＶＤ）、炭化水素炎などの方法が知られている。これらの生成方法は 、何れも乾式処理と呼ばれ、１．高価な真空容器が必要、２.バッチプロセスであり製造効率が低く量産性に劣る、という問題がある。 本発明は、乾式処理のような高価な製造設備を必要とせず、生成と回収の連続プロセスが可能な製造効率、量産性に優れた、超音波キャビテーションと放電プラズマによるナノカーボン材料の生成方法及び生成装置に関する。
超伝導技術の発展にともない長距離超伝導ケーブルの次世代冷媒などとして適用が期待されている“スラッシュ窒素”は、現在、粒子径がmmオーダーの大粒径粒子の生成が可能な程度であり、生成される窒素固体の粒径分布も不均一であり、超伝導冷却への適用は困難な状況である。上記の問題を解決することが、超伝導ケーブル冷却技術開発においては強く求められている状態である。 本発明により、微細な粒径を持ち且つ均一な固体窒素粒子を含有するマイクロスラッシュ窒素二相流体といった極低温固液二相流体を、効率的に且つ簡単な手法で作製可能であり、超伝導冷却等を始め冷却用冷媒としての適用が期待される。
極低温の微細固体粒子噴霧を用いて、超高熱流束急冷法を開発した。本手法により、細胞内氷核規模縮小と凍結保存剤等不純物の混入を極力減らすことが可能となり、一般的な液体窒素への浸漬のみを利用した細胞凍結法と比較して、細胞生存率の高い各種細胞の高速ガラス凍結保存法を確立した。 マイクロ・ナノ固体窒素粒子の有する超高熱流束冷却効果により、凍結保護液不要で、氷核生成を極力抑えることが可能となった。
酸化物分散強化型合金は、母相である金属の結晶粒の内部に、硬質な酸化物粒子を分散させた合金であり、母相の結晶粒の内部に分散された酸化物粒子がより多く、かつ、酸化物粒子が均一に分散せしめることで、高温環境に長時間曝されても酸化物粒子の凝集や粗大化が起こりにくく、強度特性の劣化が発生しにくい材料となりうる。 当該合金の作製に関し、鋳造法では比重の異なる金属液体と酸化物固体とが均質に混ざり難く、酸化物粒子が、凝固の固液界面に押されて最終凝固部に凝集し、母相内部に均等に分散しないため、均一な合金の作製が困難であるといった課題があった。また、レーザーや電子ビームを用いた積層造形法においては、粉末粒子を溶融するプロセスを含むため、微細な酸化物粒子が凝集してしまい、酸化物粒子を母相内部に均等に分散させることはやはり困難といった課題があった。 本発明は、上記課題を解決し、積層造形法を用いた際に、母相の結晶粒の内部に、微細な酸化物粒子を均一に分散させた状態で酸化物分散強化型合金を作製できる技術に関する。
量子アニーリングの研究が昨今盛んに行われているが、基本的な動作環境としては超伝導(極低温)下であり、量子ビットの接続といった複雑なシステム構成を要する。また、確率的な出力信号を発生する固体素子でMRAMにも用いられる磁気トンネル素子(MTJ)の研究も注目されている。本技術はMTJの特性を生かし、量子アニーリングより遥かに簡便で、実質的に量子アニーリングと同レベルな確率的情報処理を行うコンピューティングシステムを提供する。
近年、高機能IT製品および電気自動車用バッテリが急速に進化し、より一層小型で大容量かつメモリ等の高機能を有するコンデンサ（キャパシタ）の需要が高まっている。このようなコンデンサとしては、固体で、健康に無害で、安価な材料が求められている。しかしながら、固体による電気二重層キャパシタはまだ使用されていない。また、アモルファスチタニアやアモルファスフッ素ポリマーの表面にナノサイズの凹凸が形成され、量子サイズ効果を利用した蓄電材料が開発されている。しかし、アモルファスチタニアを用いた蓄電材料は蓄電容量が小さいという課題があった。 本発明によって、アモルファスチタニアを用いた、より大容量の蓄電が可能なウルトラキャパシタ材料およびウルトラキャパシタを提供することが可能になった。本発明は、Tiと弁金属とを含み、表面にTiO6を主成分とするアモルファスのウルトラキャパシタ材料から成る複数の凹凸を有している。
人工関節等の生体材料には、骨と直接密着するTi(チタン)が用いられる。 また、骨形成能の向上を目的としてACP膜(非晶質リン酸カルシウム膜)で生体材料をコーティングできることが知られている。しかし、ACP膜は生体内で短期間で溶解してしまうため、⾧期間保持できるよう改良が求めらている。 そこで、Ta(タンタル)添加でACP膜の溶解を抑制することが考えられているが、抗菌性を有していないという課題がある。また、ACP膜にAg(銀)添加により抗菌性を持たすことが可能であるが、ACP膜の溶解性を制御することはできないという課題がある。 本発明は、上記の課題に着目し、優れた抗菌性を有すると共に、表面のACP膜の溶解性を制御することができる生体材料および生体材料の製造方法に関するものである。本発明の生体材料は、基材の表面にAgとTaが添加されたACP膜を有することを特徴とし、RFマグネトロンスパッタリング法により形成するものである。ACP膜にAgが添加されているため優れた抗菌性を有しつつ、Ta添加によってACP膜の溶解を抑制することができる。これにより、⾧期間にわたって優れた抗菌性を持続させることが可能となる。
CO2排出量削減を目的とした高炉の低コークス比操業においては、コークスの過度な粉化による高炉内の通気性悪化を抑制するという点が課題となる。ここで反応後強度(CSR) はコークスの品質評価手法であり、高炉操業において炉内通気安定性の指標として用いられている。 ただし、CSRはコークス個々の高温変形挙動を平均化した指標であり、粒子の複雑な変形挙動を予測できない等の問題があった。既存手法は、計算負荷が大きく、確率的に生じる変形挙動をスケール階層的に解析するには限界がある。 本発明ではAIの代表的手法であるDeep Neural Network (DNN)によるディープラーニングをコークスの3次元変形過程に適用し、これを用いた変形過程の機械学習および予測を行うことで、図1に示すように損失関数(「予測値」とのズレの大きさ)は学習回数とともに減少し、学習後には97%以上の認識精度を示した。これよりDNNはCSR毎の変形を概ね正確に分類でき、格段に計算負荷を抑えることができることが分かった。 従って直感的に認識することが難しいコークスの3D形状変化を機械学習では容易に認識することが示された。
現在、情報化社会の発展に伴い、メモリの記録密度のさらなる向上が求められている。情報を長時間にわたり不揮発的に記録できる磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)は、半導体メモリに代わる次世代メモリとしての応用が期待されている。しかし、電力消費、動作速度、信号遅延などの面で、半導体メモリより劣っている上、光情報技術との親和性が低いという課題がある。 本発明によって情報を不揮発的に保持でき、かつ低い消費電力で高速動作が可能な光スピンデバイスと、これを用いた情報保持装置を提供することが可能になった。本発明の光スピンデバイスは、磁性材料層とスピン欠陥層とを有していることを特徴としている。本発明は、磁気情報を不揮発的に保持でき、かつ低い消費電力で高速動作が可能である。また、本発明の光スピンデバイスを用いた情報保持装置は、高速かつ高感度の情報の書き込みと読み出しが可能であり、今後急速な発展が見込まれる光情報技術との親和性も高い。
高感度磁気センサとして、磁気トンネル接合(MTJ)素子のトンネル磁気抵抗(TMR)効果を利用したTMRセンサがあり、MTJ素子は自由層の磁気異方性を制御することでTMRセンサの特性を制御できる。このことから、室温で生体の微弱な磁場を検出する生体磁気計測装置、非接触の例えば電気自動車のバッテリ残量検知、コンクリート構造物中の鉄筋の破断や劣化を検知する非破壊検査用磁気センサ、等への応用が期待される。 従来、TMRセンサに利用可能なMTJ素子の自由層として、NiFe合金やCoFeB合金、CoFeSiB合金などが開発されているが、さらなる高感度化やコストダウンが求められている。 そこで本発明ではFeSiAl合金(センダスト)に着目し、これまで製造できていなかったナノメートルオーダーのセンダスト薄膜を製造し、自由層に適用することで、NiFe合金等と同程度のセンサ感度を達成するMTJ素子を作製した。また従来考えられていたセンダストの中心組成より広い範囲で、優れた軟磁性特性を示すことも明らかとなった。
光の波としての特徴である並列性や多重性を利用して、光ファイバーが実用化されているが、伝送する情報の数が増えるほど対応する光電変換機器が必要となり、装置の大型化や消費電力増加等の課題がある。一方、電子は光と異なり並列性や多重性を組み込むことができないため、半導体集積回路等の電子デバイスでは、原則複数の情報を同時に伝送することは不可能であった。 本発明は、波の性質を有する「電子スピン波」に着目し、その波長を情報として用い、さらに電子スピン波どうしを重ね合わせることによって、従来光ファイバーで行っていた情報の多重伝送を、固体電子デバイスで行うものである。これにより多重化した情報を処理する際に逐次計算する必要がなくなり、既存の光電変換デバイスに置き換えて、デバイスの小型化および消費電力削減が期待でき、今後膨大に増える情報処理に貢献する可能性がある。また多重電子スピン波を用いた多状態情報の伝送・処理・記録を一括で行うデバイスも実現し得る。
磁性体の磁気特性の電流制御には様々な種類があり、それらを利用した乱数生成、振動子、検波やメモリ等の素子が提案されている。しかし、強磁性体を使う素子は外部磁場による磁場ノイズへの耐性が低いこと、振動子や検波等の周波数の制御を行うためには外部機構による磁場制御が必要であること、小型化等の課題があった。 本技術は、スピントロニクスにおけるカイラルスピン構造の恒常回転運動という新現象を基に、上記課題を解決し、超小型、低消費電力、高安定な素子を提供する。
鉄スクラップを用いたリサイクル製錬は炭素使用量およびCO2排出量を現行法と比較して大幅に低減でき、現在増加している鉄スクラップ蓄積量の低減に有効な手段である。 しかし、特にトランプエレメントと呼ばれるCu, Ni, Sn等の、酸化除去および蒸発除去が困難な元素が混入することにより、鉄鋼材の特性や加工性が劣化してしまうという問題があり、トランプエレメントは鉄スクラップを再利用するたびに濃化するため、鉄スクラップの再資源化率を上げられない原因となっている。 従来法として硫化物フラックスを用いた脱銅法が広く検討されているが、大量の硫化物を用いたバッチ処理になることが問題である。 本発明は電気化学的手法を用いて溶融鉄中のCuの溶融スラグ中へのイオン化分離を促進する技術であり、原理上連続処理が可能となる。さらに溶融鉄の高純度化のみならず、回収した電析銅のリサイクルも考えられる。
■東北大学技術のご紹介：T10-043_T22-030 従来、ナノ、または、マイクロメートルサイズの微小気孔を有するポーラス金属（以下、ナノ・マイクロポーラス金属）は、貴な金属と卑な金属の合金から、卑な金属だけを水溶液中で腐食除去しポーラス体を得るデアロイング（脱成分）法が用いられてきた。しかし、標準水素電極電位に対して貴な金属およびその合金においてのみナノ・マイクロポーラス金属の作製が可能である点で、対象とする金属が限定されるといった課題が存在する。 本発明は、従来法では原理的に作製し得なかった卑な金属、および、その合金において、ナノ・マイクロポーラス体を容易に作製することができる発明である。具体的な実施例の一つとして、チタン、ニオブ、モリブデン等の純金属やベータチタン、ステンレス（オーステナイト系、フェライト系）等の合金、さらに炭素においてそのナノポーラス化に成功した。
東北大学技術のご紹介（T22-242） 量子コンピュータの量子ビットは、単一あるいは複数の超伝導トンネル接合(ジョセフソン接合)により構成され、代表的な電荷型量子ビットや磁束型量子ビットの研究開発が盛んである。現在の高集積化の主流は電荷型の改良版のトランスモン(Transmon)と呼ばれる量子ビットであり、コヒーレンス時間が長い利点があるが、非調和性が小さいためエラーの原因となる欠点がある。一方磁束型においては非調和性が大きい利点があるが、コヒーレンス時間が短い欠点があり、これを補うべくシャントキャパシタを付加するとフットプリント(１つの量子ビットが専有する面積)の増大が避けられないという課題があった。 本発明は上記課題を解決するもので、コヒーレンス時間と非調和性を実用上耐えうる値としながら、フットプリントも小さく高集積化が実現できる技術に関する。
植物において雄性不稔系統は花粉を作らず自家受粉を行わないため、雑種の作出等に用いられる。雄性不稔系統を作出するには、近縁野生種や遠縁亜種に栽培品種を連続戻し交雑することで育種されてきた。しかし、利用できる近縁野生種や遠縁亜種が限られており、既存の品種のみで細胞質雄性不稔系統を作出できる新システムの開発が種苗業界から求められている。本発明では、栽培品種の核ゲノムとミトコンドリアゲノムの一部をノックアウトして、単独の栽培品種からダイレクトに細胞質雄性不稔系統と維持系統を作出する方法、さらにそれらを交雑することで次世代をすべて雄性不稔系統とする方法に関する。
高濃度に純化された間葉系幹細胞は、間葉系の細胞だけでなく神経堤幹細胞由来の細胞にも分化する能力を有するが、培養皿で平面的に接着培養すると増殖能の減退や幹細胞としての未分化性が容易に喪失する課題があった。本発明は（未分化性を喪失した）間葉系幹細胞が振盪培養により増殖能と未分化性が維持された（回復した）細胞塊となること、さらにこの細胞塊が幹細胞源として利用できることを見出したものである。
【イプロス初主催】AIを活用したリアル展示会！出展社募集中
