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最近の研究成果

高温超電導 2017年4月14日発表

低コスト型高温超電導線材で世界最高の磁場中臨界電流密度を実現-高温超電導の実用化を促進-

高温超電導体のイットリウム系酸化物超電導線材の超電導層の形成プロセスを改良し、現時点で世界最高の磁場中臨界電流密度を実現した。モーターや発電機、MRIや重粒子線加速器といった医療機器など、高い磁場が加えられる環境で使用する機器の超電導磁石には、磁場中でも高い性能を維持できる線材が必要である。イットリウム系酸化物超電導線材は、他の高温超電導材料に比べて磁場中の性能が高いが、線材が高価であることや高温・高磁場では磁場中での臨界電流の性能が十分ではないなどの課題があった。低コスト化のために開発してきた溶液塗布熱分解法では多数回原料溶液を塗布・熱処理を繰り返すが、今回、一回当たりの塗布膜厚を数十ナノメートルに薄膜化することで人工ピン止め点を超微細化して、磁場中の特性を画期的に向上させることに成功した。

液体窒素中(65ケルビン(K))磁場中(3テスラ)での臨界電流密度の比較の図

不凍タンパク質 2017年2月16日発表

連結して氷の結晶成長を食い止める不凍タンパク質を発見-小さな氷結晶で埋め尽くすように水を凍らせる新技術-

濃度に応じて分子同士が連結し、氷の結晶成長を止める新しいタイプの不凍タンパク質BpAFPを魚類から発見した。BpAFPを用いることにより、食品や細胞の中に氷の塊を作らせない新たな凍結保存技術を開発できると期待される。通常の氷は無数の氷核が融合したものであり、それらが時間と共に成長して塊になることが冷凍食品の品質や凍結細胞の生命力を低下させる原因になっている。不凍タンパク質(AFP)には氷核の一部に結合するタイプと全面に結合するタイプがあるが、BpAFPは高濃度になるほど氷核への結合範囲が拡大する新しいタイプの高機能型AFPであることが明らかになった。

BpAFPは水を極めて小さな氷核で埋め尽くして凍らせるの図

位置情報利用 2017年3月13日発表

業界横断で位置情報の迅速かつ高度な活用を促進するデータアクセス仕様「Moving Features Access」がOGC国際標準として採択-大規模災害時の被災者支援や市民生活の利便性向上へ貢献-

位置情報へのデータアクセス仕様「Moving Features Access」が、地理空間情報の国際標準化団体Open Geospatial Consortium(以下、OGC)の標準仕様として採択されました。Moving Features Accessは、人や車などの移動体(Moving Features)に関するビッグデータを、業界横断で迅速かつ高度に処理・分析することができるよう、データアクセス仕様を国際標準として規定したものです。従来、特定の時間を指定して移動体の位置情報へアクセスする仕様はISOにより標準化されていましたが、今回は、時間に加えて場所を指定してデータへアクセスする仕様を標準化しました。これにより、例えば、災害時に特定の時間に特定の場所を通過した移動体のデータへアクセスし、人や車の密度や滞留に関する情報をよりタイムリーかつ広範囲の業界から収集することが可能になり、被害の経過に応じた避難誘導や物資輸送の計画立案のさらなる迅速化、精密化が期待されます。また、都市部における渋滞緩和策への活用などにより、市民生活の利便性向上を図ることができます。

標準化による位置情報の横断的な利用イメージに関する図

ガス透過率測定 2017年3月31日発表

測定に必要な時間を短縮する新たなガス・水蒸気透過率測定装置を開発

フィルム状試料のガス・水蒸気透過率を測定する従来の等圧法、差圧法とは異なる新たな方法(MA法: Modified differential pressure method with an Attached support)を共同で開発しました。さらに、MA法に基づいた測定装置も開発しました(図)。今回開発したMA法は、水蒸気等の検出器につながるスペース(検出側空間)と測定試料の間に支持体の層を設けたところに特徴があります。支持体層を設け、その構造を工夫することにより、試料交換、ガス・水蒸気の透過中に関わらず常時支持体層を設けたままにすることを可能にしました。その結果、測定試料両側の圧力差が測定試料に与えるダメージ(試料表面に形成されたガスバリア層の損壊等)を最小限に抑え、かつ測定時間を大幅に短縮できるようになりました。さらに、装置の構造が簡素化され、そのため感度も向上しました。

開発したガス・水蒸気透過率測定装置の図

インフラモニタリングシステム 2017年4月11日発表

橋梁のひずみ分布をモニタリングできるセンサーシートを開発-貼るだけで橋梁の劣化状態を把握できるフレキシブル面パターンセンサー-

橋梁のひずみ分布をモニタリングするセンサーシートを開発した。近年、橋梁の劣化状態を把握するためにセンサーでひずみ分布をモニタリングする方法が検討されているが、光ファイバー式は敷設コストが高価であり、また、箔ひずみゲージでは消費電力が大きい、フレキシブル基板や接着材の屋外耐久性が低い、施工方法が煩雑、などの課題がある。今回、MEMS技術により極薄化したシリコンセンサーや回路チップをフレキシブル基板上に集積化する技術を開発し、圧電MEMS技術で作製した極薄PZT/Siひずみセンサー(長さ5 mm、幅1 mm、厚さ3 µm)をフレキシブル基板上に配置して、保護フィルム、接着フィルムと一体化したフレキシブル面パターンセンサーを作製した。また、このフレキシブル面パターンセンサーを高速道路橋に複数枚貼り付けると、車両通過に伴う橋梁の動ひずみ分布をモニタリングできた。

(a)開発したセンサーの全体像と拡大図、(b)(c)センサーを用いた鋼橋溶接部付近のひずみ分布測定の様子の写真

重金属リスク評価 2017年3月30日発表

高知県地域の表層土壌評価基本図を公開-重金属類の暴露リスク評価に基づく土壌評価図-

「表層土壌評価基本図~高知県地域~」を出版する。地圏環境リスク研究グループは、これまでも国内各地の表層土壌評価基本図を整備しており、今回出版する高知県地域の表層土壌評価基本図は四国地方初となる。この図には、生活に密接した表層土壌について土壌汚染対策法に準じた手法による第2種特定有害物質(重金属類)である有害重金属類の含有量、溶出量などの濃度分布情報、さらにその地域の土地の使途や住民のライフスタイルを考慮したヒトの健康リスク評価結果が示されている。収録されている表層土壌に関する情報は、土地利用の選定、地下水利用の可否、掘削土壌の搬出判断などの基盤情報となるもので、情報不足から発生しうる不用意な環境汚染の拡大防止や地域における適地利用の施策への貢献が期待される。

鉛に関するヒトの健康リスク評価の図

顕微鏡 2017年4月5日発表

光子一つが見える「光子顕微鏡」を世界で初めて開発-光学顕微鏡で観測できない極めて弱い光で撮影が可能-

従来の光学顕微鏡では観測できない極めて弱い光でも、明瞭なカラー画像を観察できる「光子顕微鏡」を世界で初めて開発した。通常、試料をカラー観測する際には、白黒画像しか得られない電子顕微鏡ではなく、光学顕微鏡が用いられる。光学顕微鏡は、試料からの光をレンズで集光してCMOSカメラなどの光検出器で観察する。しかし、試料からの光が極めて弱くて光検出器の検出限界を下回ると、観測できない。産総研では、超伝導現象を利用した超伝導光センサーの開発を進めており、これまでに、光の最小単位である光子を1個ずつ検出し、光子の波長(色と関係している)も識別できる光センサーを実現している。今回、この超伝導光センサーを顕微鏡の光検出器として用いて、従来の光学顕微鏡の検出限界を大幅に超える「光子顕微鏡」を開発し、光子数個程度の極めて弱い光でカラー画像の撮影に世界で初めて成功した。今回開発した顕微鏡を用いて、生体細胞の微弱発光の観察や微量化学物質の蛍光分析など、医療・バイオ分野や半導体分野における研究開発・製品開発での利用が期待される。

開発した光子顕微鏡(プロトタイプ)全体写真

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