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最近の研究成果

化学物質の安全性評価 2016年12月26日発表

迅速に多くの検体を処理できる化学物質の有害性評価手法を開発-ヒト細胞を用いて簡便な化学物質の安全性評価に貢献-

ヒト細胞が有害性を感知すると細胞内でのRNA分解速度が遅くなる現象を基に、蛍光プローブを導入したヒト細胞内でのRNA分解速度を蛍光強度の変化から測定して、簡便で迅速に化学物質の有害性を評価できることを実証した。今回は、過酸化水素(殺菌剤、酸化ストレス)、塩化水銀(重金属ストレス)、シスプラチン(がん治療薬)で実証したが、今後はその他のさまざまな化学物質への適用可能性を調べていく。今回開発した有害性評価手法は、細胞死を指標としていた従来の化学物質の有害性評価手法に比べて、迅速に多くの検体を処理できる。環境中の化学物質の有害性評価や、生体影響情報を含む水質検査、シックハウス症候群に代表される住環境評価などへの貢献が期待される。

本研究の模式図

標準物質 2016年12月14日発表

マイクロバイオーム解析の精度管理のための人工核酸標準物質を開発-次世代シーケンサーによる信頼性の高い微生物相解析に貢献-

多種類の微生物種で構成されるマイクロバイオーム(複合微生物相)を次世代シーケンサーで解析する際の精度管理のための標準物質を開発した。マイクロバイオーム、特に腸内マイクロバイオームのように人と直接接触するマイクロバイオームはさまざまな疾患の診断用マーカーや創薬ターゲットとして注目を集めており、その解析には次世代シーケンサーが広く利用されている。一方で、さまざまなマイクロバイオーム試料に適用できる精度管理用の標準物質や、適切な精度管理技術はこれまで開発されていなかった。今回開発した標準物質は、細菌の持つ遺伝子を模擬した人工的な塩基配列を持つ核酸分子であり、マイクロバイオーム解析時に内部標準としてマイクロバイオーム試料に添加して使用する。この標準物質は多くの種類のマイクロバイオーム試料に適用できる世界初の精度管理用標準物質であり、個々の試料の毎回の解析について精度管理ができる。 これにより、次世代シーケンサーによるマイクロバイオーム解析の信頼性が向上し、マイクロバイオーム創薬などさまざまな分野でマイクロバイオーム解析の標準化に貢献すると期待される。

本研究で用いた手法の模式図

リハビリテーション 2017年1月12日発表

感覚運動学習での動作アシスト機器の効果をラット実験モデルで実証-神経科学的な知見を活かしたニューロリハビリテーション技術への応用に期待-

動作アシスト機器の運動機能補助効果を検証するためのラット学習実験モデルを開発し、強制的に応答動作を引き起こすことによって感覚運動の学習過程に介入できることを実証した。動作アシスト機器をリハビリテーションに活用することへの期待が高まっているが、障害の程度などを一定にすることが難しく、運動機能補助効果のメカニズムの検証は困難である。一方、これまでに、ラットもヒトと同様に、異なる刺激に対する正しい応答動作を学習できることが分かっていた。今回、これまでに開発していたラット用学習実験装置にアクチュエーターを組み込んで強制的に応答動作を引き起こせるようにし、動作アシスト機器の効果を検証するための実験モデルを構築した。この実験モデルで健常なラットを用いて実験した結果、正答となる応答動作を引き起こすより、誤答となる応答動作を引き起こす介入の方が、正答となる応答動作を学習する時間が短いことがわかった。このモデルを脳梗塞片麻痺ラットに適用して動作アシスト機器を用いたリハビリテーション過程の神経メカニズムを解明することにより、神経科学的な知見を活かしたニューロリハビリテーション(ニューロリハビリ)技術へと高度化することへの貢献が期待される。

今回開発したラット用学習実験装置の図

光記録材料 2016年11月30日発表

高記録容量光ディスクを目指した高速光記録材料を開発-長期間の保存記録向け光ディスク材料-

大幅な多層化と高速な記録が可能な長期間保存用光ディスク向け記録材料を開発した。この技術では、多段階多光子吸収とホログラム技術を用いて、時間幅8ナノ秒のレーザーパルスを1回照射するだけで記録ピットを形成でき、従来の光ディスクの問題であった記録速度を大幅に向上できる。この記録材料では1枚のディスクで最大10テラバイトの記録容量が可能になると見込まれ、長期保存記録に用いることで、ハードディスクや磁気テープなどの現行記録媒体で必要な空調や定期的なデータの移行が不要になり、約4割の消費電力削減と二酸化炭素排出量低減への貢献が期待される。

大幅な多層化が可能な光ディスク材料における、今回開発した材料と従来の材料での記録時間の違いを示した図

不揮発性メモリー 2017年1月13日発表

抵抗変化メモリーの挙動を電流ノイズから解明-不揮発性メモリーの用途拡大へ向けて-

幅広い電流レンジでノイズを計測する手法を開発し、不揮発性メモリーとして研究開発が進められている抵抗変化メモリー(ReRAM)が100ナノアンペア(nA)という超低消費電力で動作する際の挙動について明らかにした。抵抗変化メモリーでは、酸化物層に含まれる酸素の欠損(酸素欠損)が材料の電気抵抗値に大きく影響を与え、メモリーの低消費電力化に重要な役割を果たすことが予想されていたが、その具体的な挙動は明らかになっていなかった。今回、フィラメント状に電流が流れることで低抵抗状態が出現する動作モード(フィラメントモード)と、金属/酸化物界面全体で抵抗変化が起きる動作モード(界面モード)の異なる2つのモードで動作する同一構造の抵抗変化メモリーを作製することに成功した。さらに、素子中を流れる電流の分布を可視化する電子ビーム吸収電流(EBAC)測定と電流ノイズ測定を行い、この抵抗変化メモリーが超低消費電流で動作する際の挙動について調べ、酸素欠損と電気的特性との相関を明らかにした。今回の成果は、酸素欠損を精密に制御することによって、不揮発性メモリーのさらなる低消費電力化や高信頼性動作が期待できることを示唆しており、環境発電(エネルギーハーベスティング)や人工知能用デバイスなどへの用途拡大に貢献することが期待される。

今回開発した抵抗変化メモリーの図

サンゴ礁 2017年1月19日発表

サンゴの骨格形成の高精度な可視化に成功-サンゴは能動的に体内のpHを調整して成長する-

サンゴが骨格を作る際の細胞群の動きを世界で初めて詳細に捉えることに成功しました。この成果は、生きたサンゴが体内の環境を最適な状態にしながら骨格を作る様子を報告しつつ、これまでの定説に疑問を投げかけるものです。将来的には、この知見を基に、骨などの硬組織の形成メカニズムの進化過程をより深く理解するための研究展開が期待されます。さらに、今後、サンゴがどの程度の海水温上昇や海洋酸性化などの環境問題に対応可能なのかを、細胞・組織レベルで明らかにする上で重要な知見になります。

沖縄県石垣市(石西礁湖)のサンゴ群集の写真

非破壊検査 2016年12月21日発表

インフラ点検ロボットに搭載できる高エネルギーX線非破壊検査装置を開発-ポータブルバッテリーで駆動し、インフラ構造物などを現場で容易に非破壊検査-

バッテリーで駆動するロボットに搭載できる、小型で軽量の高エネルギーX線非破壊検査装置を開発した。近年、老朽化したインフラ構造物の安全性を評価する技術の開発が喫緊の社会的課題になっている。インフラ構造物の検査には、X線を用いた非破壊検査が有効であるが、ロボットなどを用いて効率的な検査を行うには小型軽量で高い透過能力を持つX線検査装置が必要とされていた。今回開発した装置は、カーボンナノ構造体を用いた管電圧200 kV以上の高エネルギーX線源と高エネルギーX線に対応した検出器からなり、1ショット0.1秒のX線を照射すると5 cm厚、複数ショットで7 cm以上の厚さの鉄鋼部材の透過イメージングができる。また、小型軽量で、ポータブルバッテリーで駆動できるため、この装置を、インフラ構造物などを検査するロボットに搭載すれば効率的な非破壊検査を行えるようになる。また、インフラ構造物の老朽化による事故を低減し安全安心な社会への貢献が期待される。

開発した装置での実験の模式図(左)、実験の様子(中央)、鋼板を透過した鉛文字のX線透過像(右)の写真

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