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最近の研究成果

微生物による環境負荷低減 2020年09月15日発表

岩の中で生き続けた微生物が岩塊からの重金属類汚染を食い止める-汚染物質であるセレンの環境流出を防ぐ、セレン不溶化処理技術の開発に前進-

トンネル掘削工事などで発生する岩塊中に生きた微生物が存在すること、さらにそれらが岩塊に自然に含まれる有害で処理困難な重金属類のセレンを不溶化することを見いだした。掘削で生じた岩塊(掘削ずり)に含まれる重金属類のセレンが雨水などでイオン化して環境基準を超えた濃度で溶け出し、地下水などを汚染する恐れがあるため、汚染を防止するために環境にやさしいバイオレメディエーションの開発が求められている。今回、岩塊内にセレン還元微生物が生き延びて存在することを突き止めた。また、乳酸を栄養源として与えると、それらの微生物を活性化でき、効率的にセレンを不溶化できることを初めて見いだした。今回の成果により、微生物を用いた新しい低環境負荷のセレン不溶化処理技術の開発、さらには地下水汚染防止にもつながることが期待される。

エネルギー・環境領域の最近の研究成果の概要図

ラマン分光 2020年09月24日発表

分析化学の約50年来の難問を解決、実用的な微量分析法を実現

極めて高い再現性、感度、均一性、生体適合性、耐久性を持つ表面増強ラマン分光法(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy: SERS)の基板を開発し、化学(特に微量分析)における50年来の難問を解決しました。1970年代に発見されたSERSは、金属基板上の局在表面プラズモン共鳴(Localized Surface Plasmon Resonance: LSPR)により、通常のラマン分光法よりも数桁以上高い感度を提供することができ、無標識の微量分析に有効として、利用されてきました。しかしながら、SERSはその高い感度をホットスポットに強く依存する上、低再現性、不均一性、低生体適合性、金属基板による光熱、酸化などの本質的な問題があり、生体分子への応用が困難でした。本研究では、これらの問題を克服するために、金属を一切使わない多孔質炭素ナノワイヤをアレイ状に配列したナノ構造体(Porous Carbon Nanowire Array: PCNA)をSERS基板として開発し、これによってLSPRを使わない高感度化を可能にしました。具体的には、強力な広帯域電荷移動共鳴による感度増強(約106)のみならず、上述の金属基板による問題を克服し、極めて高い均一性、生体適合性、耐久性を、さまざまな分子サンプルを用いて実証しました。本手法の高い実用性及び信頼性により、分析化学、食品科学、薬学、病理学などの多岐に渡る学術分野に加え、感染症検査、糖尿病検査、がん検診、環境安全、科学捜査などにおける微量分析への展開が期待されます。例えば、血中グルコースの無標識検出による糖尿病検査、感染症(インフルエンザ、新型コロナウイルス感染症など)の抗原抗体反応測定、がん代謝プロファイリング解析、細菌(大腸菌、ピロリ菌など)の表面タンパク質を検出することによるリアルタイム細菌検出、光合成生物の生体分子の分子振動計測による量子生命科学研究、などが可能となります。

生命工学領域の最近の研究成果の概要図

農地の区画情報 2020年07月10日発表

AIによる農地の形状変化の特定に成功!-筆ポリゴン(農地の区画情報)の更新期間を5年から1年に短縮-

AI(人工知能)により人工衛星画像等を解析し、形状変化のあった筆ポリゴンを含む区画を抽出する手法を開発しました。これにより、従来は5年を要していた筆ポリゴンの更新が1年で可能となり、農地情報のデジタルインフラとして、スマート農業の推進やデータ駆動型の農業経営の実現に大きく貢献することとなります。

情報・人間工学領域の最近の研究成果の概要図

ソフトアクチュエーター材料 2020年09月16日発表

ソフトアクチュエーターに必要な大変形材料の開発を加速-ターゲットとする特性を発揮する分子構造を機械学習から特定-

ソフトアクチュエーターなどに必要な抵抗なく大変形する材料の開発を加速する手法を開発しました。本手法は、ソフトアクチュエーター材料として研究開発競争が活発な液晶エラストマーに適用されました。分子構造を表す多数のパラメーターとその材料変形のシミュレーション結果をデータベース化し、機械学習を用いて解析することで、大変形の特徴を決定する分子構造パラメーターを特定し、約1/10に絞り込むことに成功しました。これにより、ソフトアクチュエーター材料の大きな特徴である、抵抗(出力のロス)のない大変形"Soft-Elasticity"が発現する分子構造の有力候補をごく短時間で提案可能になり、革新的なソフトアクチュエーター材料の開発期間の大幅な短縮が期待できます。さらに、本手法はエラストマー、ゲルなどの大変形を特徴とするさまざまな材料開発への応用が期待できます。

材料・化学領域の最近の研究成果の概要図

不揮発性メモリ材料 2020年09月19日発表

高い強誘電性を有する窒化物強誘電体の薄膜化に成功-低消費電力の不揮発性メモリへの応用に期待-

強誘電体の中で最も高い強誘電性を持つことが報告されている窒化アルミニウムスカンジウムについて、スカンジウムを低濃度にすることによって、従来よりも高い強誘電性を発現する膜の作製に成功した。さらに、10万分の1ミリメートル(10 nm)以下の窒化アルミニウムスカンジウム薄膜でも強誘電性があることを世界で初めて確認した。酸化ハフニウム等の従来の強誘電体では、複雑な形状の基材上への3次元の膜作製が必要だった。本成果によって、単純な構造で強誘電体の膜の作製ができるようになる観点からコストダウンが可能になる上、低消費電力で動作するIoT用の不揮発性メモリの実現が期待される。

エレクトロニクス・製造領域の最近の研究成果の概要図

チバニアン 2020年09月02日発表

「チバニアン」の地層から明らかになった直近の地磁気逆転の全体像

地質時代「チバニアン」の名前の由来となった千葉県市原市の地層の分析により、直近の地磁気逆転である松山-ブルン地磁気逆転では約2万年間にわたって地磁気が不安定であったことを示しました。本成果は、地磁気逆転メカニズムの解明につながると期待されます。

地質調査総合センターの最近の研究成果の概要図

高遠心加速度連続分離 2020年08月24日発表

10 nm ~ 40 µmの粒子を同じサイズごとに細かく分けることに成功-世界初:15000 Gを超える遠心加速度を持つ遠心流動場分離装置の構築-

10 nm ~ 40 µmの広いサイズ範囲の粒子を分級できる遠心流動場分離装置を構築した。近年、精密なサイズ評価や高精度のサイズ分級の必要性が大きく拡大している。これは数nm単位で制御された半導体デバイスパターニング技術の実用化や、サイズの小ささゆえのポテンシャルリスクの懸念によるナノ材料規制など、サイズという特性に注目した実用化や規制が進展しているためである。流動場分離法は広いサイズ範囲の粒子を分級できることから、近年欧州では規制に対する評価に利用できる技術として注目を集めている。今回、密閉性と高速回転を両立させた独自のローター回転機構を製作し、これを遠心流動場分離装置に導入した。これにより安定して遠心加速度15900 Gの高遠心場が実現できた(既存の欧州製装置では2700 G)。また、分離チャネルの精密設計によって、分級の高分解能化と分級時間の半減を実現できたため、今回構築した装置により短時間で高精度のサイズ分級を行える。今回構築した装置やそれに用いた技術は、実用化や規制対応のフェーズでの精密材料設計と高精度材料サイズ分布分析への貢献が期待される。

計量標準総合センターの最近の研究成果の概要図

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国立研究開発法人産業技術総合研究所