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最近の研究成果

生分解性プラスチック 2019年8月8日発表

プラスチック補強用セルロースナノファイバーの生分解性を確認-高強度の生分解性プラスチック複合材料の開発に道をひらく-

セルロースナノファイバー(CNF)の一種である、アセチル化リグノCNFが、高い生分解性を持つことを見いだした。このCNFは、京都大学などが開発を進めてきたリグノCNF複合材料の補強用ナノ繊維である。一般に生分解性プラスチックには強度不足という弱点があるが、高強度の生分解性プラスチックが実現すれば、生分解性プラスチックの用途が拡大でき、海洋プラスチックやマイクロプラスチックの問題解決に貢献すると考えられている。今回の成果は、生分解性プラスチックをアセチル化リグノCNFで補強した高強度の生分解性プラスチック複合材料の開発につながる知見である。

アセチル化リグノCNFで補強された生分解性プラスチックのイメージ図

フレキシブル生体計測回路 2019年8月16日発表

世界最薄・最軽量のノイズ低減機能付き生体計測回路を実現-歩行中もノイズの少ない心電計測が可能に-

世界最薄・最軽量の生体計測用の差動増幅回路の開発に成功しました。ヘルスケアや医療用途の生体計測回路は、これまで、シリコントランジスタに代表される硬い電子素子で構成されていました。しかし、硬い電子素子が柔らかい肌などの生体組織に触れると炎症を起こしやすいため、日常生活において長時間の生体信号の計測は困難でした。本研究グループは、有機トランジスタという柔軟な電子素子を厚さ1マイクロメートル (マイクロ:100万分の1) の薄くて柔らかいプラスチックフィルム上に集積することで、装着感のないフレキシブル生体計測用回路を開発しました。作製した回路は差動増幅回路とよばれる信号処理回路の一つです。従来のシングルエンド型の増幅回路と比較すると、本研究のフレキシブル差動増幅回路は、微弱な生体電位を増幅可能なだけではなく、外乱ノイズを取り除くことができます。実際に人の生体計測に用いることで、重要な生体信号である心電信号のリアルタイム・低ノイズ計測を実証しました。本成果によって、日常生活において心電信号に限らない様々な微弱生体信号 (脳波や胎児心電など) を機器の装着感なく正確にモニタリングすることが可能になると期待されます。

概要図

天然変性タンパク質 2019年6月28日発表

がん抑制タンパク質p53の天然変性領域を標的としたペプチドの人工設計-天然変性タンパク質の創薬に期待-

タンパク質の天然変性領域を標的とした医薬品候補ペプチドの設計法の開発に成功しました。医薬品の開発には、疾患に関与するタンパク質が持つ特定の立体構造に結合し、そのタンパク質の機能を、阻害または促進する低分子の設計が行われています。しかし、特定の立体構造を持たない天然変性領域を持つタンパク質に対しては上述の方法が通用せず、医薬品の迅速な開発は困難でした。研究グループは、この天然変性領域のアミノ酸配列情報のみを使用し、計算機内で、この領域に特異的に結合する医薬品候補ペプチドを迅速に設計する方法を開発しました。本手法を用いて、8×10の16乗通り(8億×1億通り)のペプチド群から、天然変性領域を持つがん抑制タンパク質p53の機能を制御する人工ペプチドを発見しました。この人工ペプチドは医薬品候補分子として期待されます。以上より、本手法は、タンパク質の天然変性領域を標的とする創薬研究を加速する可能性があります。

医薬品候補分子探索の図

格子振動計測 2019年8月13日発表

原子の振動を波として電子顕微鏡で捉えた!-ナノデバイスに用いる材料の評価に新たな道-

新しく開発した電子顕微鏡を用いて、従来よりも2桁以上向上した空間分解能で、物質の最も基本的な性質の一つである原子の振動(格子振動)を波として計測する手法を開発した。その結果、1原子の厚みしかないグラフェン1枚の格子振動を初めて計測できた。格子振動は、熱伝導、電気伝導、光学的特性といった材料の性質に深く関わっているため、ナノ材料のデバイス応用を考えるうえで詳細な理解が必要不可欠である。しかしながら、従来手法ではバルクの試料から平均的な信号を得ることしかできず、測定できる試料にも限りがあった。今回開発した技術は、原子を構成する原子核と電子の位置が原子の振動によってわずかにずれることを利用して、格子振動のエネルギーと運動量を計測する方法である。この手法を用いることで、原理的にはすべての材料の格子振動を10 nmの局所領域から計測できる。これにより、これまで理論計算が先行していたさまざまなナノ材料の格子振動を直接計測することができるため、材料科学の発展に大きく貢献できる。また、工学的には格子振動が直接性能に影響を与える熱電素子や光電子デバイス、超電導体などの研究開発への貢献が期待される。

格子振動が作り出す波のイメージ

マイクロLED 2019年7月3日発表

窒化ガリウムマイクロLEDの発光効率を低電流密度で5倍に高効率化-高効率・高解像度のマイクロLEDディスプレーの実現に一歩前進-

微小なGaN(窒化ガリウム)LED(マイクロLED)の高効率化技術を開発した。マイクロLEDを高密度に配置したマイクロLEDディスプレーは次世代のウエアラブル情報端末のための高効率・高輝度・高解像度のディスプレーとして期待されているが、従来の作製法ではLED側面の加工損傷が大きいため、サイズが小さくなると発光効率が著しく低下することが大きな問題になっていた。今回、加工に伴う損傷が極めて少ないことが知られる中性粒子ビームエッチング技術をGaNマイクロLEDの作製に用いることで、LEDのサイズを6 マイクロメートル(μm)まで小さくしても発光効率の低下がほとんどないGaNマイクロLEDを開発した。

概要図

JIS規格 2019年8月13日発表

粘土資源「ベントナイト」の性能評価法のJIS規格制定に貢献-スポット法の改良および比色法の確立-

ベントナイトの代表的な性能評価法である「メチレンブルー(MB)吸着量の測定方法」のJIS規格(JIS Z 2451)の制定に貢献した。MB吸着量の測定方法は約30年前に日本ベントナイト工業会がスポット法による標準試験方法を制定したが、測定値の個人差が大きいことが問題となっていた。産総研はスポット法の改良と、スポット法より再現性が高い比色法の規格を新たに制定するための研究を行った。今後JIS規格が広く使用されることにより、測定値の個人差を小さくでき、ベントナイトの性能をより正確に評価できる。なお、このJIS規格は経済産業省のウェブサイトで特に重要なJISとして取り上げられた。

概要図

300 GHz帯 2019年5月17日発表

超高精度平面回路計測技術により300 GHz帯で印刷配線の性能を評価-未開拓周波数領域を利用した通信やセンサーの利用を加速-

新たに超高精度の回路計測技術を開発した。この技術により、印刷技術で作製した高周波伝送線路(コプレーナ導波路)の伝送特性を測定し、今後の社会実装が期待される未開拓周波数領域である300 GHz帯の超高周波領域でも低損失であることを実証した。今回開発した計測技術では、高周波プローブが接触する電極の位置決めを目視やカメラで行わず、実際のプローブで測定されるSパラメーターの解析に基づいた高精度プロービング技術による正確な位置決めを採用している。そのため、測定される反射係数値のばらつき(標準偏差)が従来に比べて300 GHzで1/3程度の優れた測定再現性を実現できた。これにより、印刷技術で作製したコプレーナ導波路の特性を300 GHz以上の超高周波数領域で高精度に測定できるようになり、従来の成膜技術で作製されたコプレーナ導波路に比べ、60 %以上の性能向上を実証できた。

概要図

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