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最近の研究成果

単結晶ダイヤモンド 2019年3月20日発表

世界初、ガスからクラックのない1立方センチ級単結晶ダイヤモンドの作製に成功-ダイヤモンド半導体の開発推進により、飛躍的な省エネ社会実現に期待-

世界で初めて、ガスからクラックのない1立方センチ級の体積を持った単結晶ダイヤモンドの作製に成功しました。合成面積のスケールアップが容易なガスを原料とする手法により世界最大級の高品質結晶を作製できたことから、この成果は、大型ウエハー実現につながる大きな一歩です。今後、ダイヤモンドを用いた次世代パワー半導体の開発が加速し、さまざまな電気機器に組み込まれることにより、より高効率な電力利用が可能になり、飛躍的な省エネルギー社会実現につながることが期待できます。

ガスから作製した1立方センチ級単結晶ダイヤモンド(左)と現在市販されている高温高圧法を用いて作製される単結晶ダイヤモンド基板(右)

核磁気共鳴 2019年3月12日発表

手を加えずにバイオ医薬を評価できるNMR測定法を開発-高次構造に基づくバイオ医薬の品質評価への応用に期待-

従来とは異なり炭素とフッ素の原子核間相互作用を活用してNMRの観測感度などを向上させ、従来と比べて一桁大きい分子量10万を超える大きなタンパク質の芳香族アミノ酸残基側鎖のNMR観測に成功した。バイオ医薬の開発や品質評価を行うために、その高次構造を、溶液状態のまま解析する技術の確立が求められている。NMR法は生体高分子の高次構造を溶液中でそのまま解析でき、近年、バイオ医薬の開発や品質評価のための分析技術としての応用が期待されている。しかし、分子量が大きくなるほど感度が低下する課題があり、特にバイオ医薬の機能部位に多く存在し、標的との結合を担う芳香族アミノ酸残基の側鎖については、分子量3万程度がNMR観測の限界で、抗体などの分子量10万を超えるバイオ医薬では、NMR観測が困難だった。今回開発したNMR手法では、分子量18万の芳香族アミノ酸側鎖にフッ素を導入してのNMR観測や、抗体(分子量15万)など高分子量バイオ医薬のありのままでの高次構造分析・評価を実現できる。また、創薬の研究・開発においても、阻害剤・賦活剤の開発や高機能化などさまざまな可能性を拓くものである。

高分子バイオ医薬の分子量とNMR観測が可能な範囲の図

錯覚 2019年3月7日発表

視覚と聴覚で異なる時間判断の仕組みの一端を解明-時間の錯覚:時間を誤って判断してしまう仕組み-

脳内の処理経路や処理時間が異なる感覚情報が、どのように統合されて、「我々が感じる現在」=主観的な現在が構築されるのか、その仕組みの一端を明らかにした。錯覚にはさまざまな種類がある。フラッシュラグ効果も錯覚の一つで、ある出来事と同時に見えたと“思った”映像が、実際には異なる時刻の映像である錯覚として知られる。今回、この錯覚をヒントに、心理学的逆相関法という手法を用いて、どの時刻の映像が、ある出来事(突然のフラッシュ光やクリック音の出現)と同時だと判断されるのかを計測した。その結果、フラッシュ光と同時に見えたと思った映像の実際の時刻と、フラッシュ光の時刻とのずれは、その映像を脳が処理する時間に依存して、映像の種類ごとに異なることがわかった。一方、視覚と聴覚の情報は直接統合できないため、クリック音と同時だと判断されるのは、映像の種類によらず、音に気付いた時刻(=音の実際の時刻より後)の映像を同時と判断することがわかった。実験によって得たこれらの発見により、身近な錯覚の背後にある、人間が時間を判断する仕組みの一端が明らかになった。この研究成果は、ヒューマンエラーによる事故やトラブルの防止への貢献が期待される。

映像の種類によって同時と判断される時刻が異なることを発見の図

蓄熱材 2019年3月1日発表

高い蓄熱密度と堅牢性を両立させた相変化蓄熱部材を開発-電子・機械・構造部材内部で融けずに蓄熱や保冷-

高い蓄熱密度と堅牢性を両立させた二酸化バナジウム相変化蓄熱部材を開発した。これまで産総研は、二酸化バナジウムを焼結できることを見いだしていたが、得られる焼結体は脆(もろ)く部材としては使用できなかった。今回、焼結中にバナジウムと酸素の特殊な反応を起こす粉末原料を開発し、これまで固化成型が著しく困難であった二酸化バナジウムの焼結を容易にし、物質の相変化の潜熱により蓄熱機能を持ち、緻密で堅牢であり加工可能な二酸化バナジウムのバルク部材を実現した。融けて機能する従来型の潜熱蓄熱材と異なり、今回開発した部材を潜熱蓄熱材として用いると容器などに入れなくても形状を維持できるので、容器自体や容器との間の空隙などによる無駄な熱損失が無い。また、電気・機械部品に直接内蔵して熱・温度対策に利用したり、構造部材などに組み込んで未利用熱・自然熱を有効利用したりするために形状・形態を自在に選択できる。

氷や二酸化バナジウム粉末などの従来材と、今回開発したニ酸化バナジウムのバルク部材の比較図

異種材料接合 2019年3月12日発表

5G用低損失基板に向けた高強度異種材料接合技術を開発-簡便な表面改質技術で平滑な銅箔とポリマーをダイレクトに接合-

高周波用のフレキシブルプリント配線基板(FPC)を作製できる高強度な異種材料接合技術を開発した。この技術は銅張積層基板を構成するポリエステル膜の表面を、紫外光反応を用いる表面化学修飾技術により酸素官能基化し、ヒートプレスにより銅箔(どうはく)と接合するもので、銅箔の表面を粗くする必要がなく(粗面化が不要)高い接合強度で異種材料を接合できる。今回開発した接合技術による配線基板は、銅箔表面に凹凸が無いので、信号が銅配線の表面層を流れる高周波でも伝送距離の伸長がない。伝送損失が少ない優れた特性の第5世代通信(5G)用プリント配線基板への応用が期待される。

ポリマー膜と銅箔の異種材料接合技術の図

サンゴ 2019年2月19日発表

和歌山以南の温帯域が準絶滅危惧種のサンゴの避難場所として機能/サンゴの遺伝子解析による生物集団の安定性の評価

亜熱帯域で温暖化によって絶滅の危機に瀕しているサンゴ集団の絶滅リスクを評価するために、日本西南部のクシハダミドリイシ(IUCNレッドリストカテゴリーの準絶滅危惧(NT)に属している)を採集し、集団遺伝解析を行いました。さらに海水流動とサンゴの産卵期の幼生分散のシミュレーションを行い、亜熱帯域から温帯域までのサンゴの幼生分散を調べました。その結果、昔からサンゴがいる和歌山以南の温帯域では遺伝的多様性が高く、亜熱帯域に生息する準絶滅危惧種の一部のサンゴの避難場所として機能する可能性が示されました。

20-30年前には海藻類が繁っていた場所が今は様々な種のサンゴで覆われている(宮崎県・串間市)撮影:グリートダイバーズ 福田道喜氏

原子時計 2019年2月19日発表

超省エネ・小型の原子時計の開発に成功-自動車やスマートフォン、小型衛星などにも搭載可能な高精度時計-

消費電力が極めて低い小型の原子時計を開発した。この原子時計は、構成部品のひとつである周波数シンセサイザの消費電力を大幅に削減し、さらに新たな量子部パッケージを用いることで温度制御の効率を向上させ、60 mWという低消費電力と15 cm3という極小サイズを実現している。この研究成果は、大型で消費電力が大きかった原子時計のサイズおよび消費電力を大幅に削減することで、これまで搭載が難しかった自動車やスマートフォン、小型衛星など、様々な機器に原子時計を搭載可能となり、自動運転、高精度な測位、新たな衛星ネットワークの実現を大きく加速させる可能性がある。

開発した小型原子時計 (内寸33 mm x 38 mm x 9 mm)

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