京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

デザインは、人間がより良く暮らし、より良く生きる環境を作るための行為です。すなわち、身体的・精神的・社会的に良好な状態を実現することを目指す活動であるといえます。超高齢社会、少子化、人口減少など日本を取り巻く環境は今後ますます厳しい状況となることが予測される中で、さまざまな情報をインフォメーション・グラフィックを駆使して視覚化し、地域の人々にわかりやすく発信することを目指しています。

■研究の概要

大気圧雰囲気で対向電極により高電界を加えると、電子が加速され、雰囲気ガスの電離や解離、励起が起こります。ここで、定常的に生成される電子、イオンや励起種の集合体をプラズマと呼んでいます。プラズマを芽胞菌に照射することにより、殺菌できることがわかっています。主にプラズマにより生成される化学的活性種（ラジカル）が殺菌に寄与すると考えられます。また、プラズマ中に水滴（ミスト）を導入すると（図１）、生菌数が大幅に減少し、殺菌の効果がより高められます（図２）。このとき、ヒドロキシラジカル（OH）が生成されることが確認されています。一方で、人体の健康を害するオゾンの発生は抑制されることが経験的に知られています。ミストの添加により、酸素由来のラジカル（スーパーオキシドアニオンラジカル（O2-）、ヒドロペルオキシルラジカル（HO2）、過酸化水素（H2O2）、一重項酸素（1O2））の生成量も同時に生成され、殺菌に寄与すると予想されます。ミストプラズマを用いると、適度に水分が供給されるので、保湿しながら殺菌をすることができます。肌や生鮮品、植物など、あらゆる表面で乾燥を防ぎながら、衛生環境を保つことができます。

■研究の概要

超大規模集積回路（ULSI）の高集積化及び高機能化が進む中、半導体デバイス作製に関わる微細加工・薄膜形成技術において、プラズマプロセスの高精度制御が次なるブレイクスルーを生む鍵となっています。
次世代ULSIに登場する高誘電率ゲート絶縁材料や電極材料などをナノメートル精度で成形する微細加工技術をはじめ、超高速演算処理プロセッサ作製において重要な工程となる低誘電率薄膜形成技術など、未来社会を担う情報処理素子を実現するプラズマプロセスの研究開発を行っています。
半導体プロセスに用いられる反応性プラズマは既存の材料加工に適用されるのみならず、これまでにない全く新しい材料を生み出す可能性をも秘めています。ちょうど宇宙空間でこの地球という天体が生まれたように、プラズマという媒質中でこれまでにない条件での物質形成が可能です。室温プラズマ中で自発的にナノダイヤモンドが形成され、ミクロな物質へと成長していくのがその一例です。プラズマという熱的非平衡環境を積極的に利用し、ナノテクノロジーの要素技術を確立することを目指しています。一方で、プラズマ中の微粒子の振る舞いは結晶物質の原子のそれと似ており、微粒子によって形成されるクーロン結晶は新しい材料として注目されています。ドイツ・ロシア研究チームとの国際協力により国際宇宙ステーションでの実験に参加し、日本のモジュールであるきぼう（JEM）での実験を目指すべく航空機での無重力実験にも取り組んでいます。
また、プラズマを用いて殺菌をすることもできます。あらゆるプラズマを駆使し、半導体先端材料の加工から、超微粒子の形成、宇宙、バイオ・医療分野まで、あらゆる材料とプロセスに挑戦します。

■研究の概要

X線CTにおいては様々なアーティファクト（偽画像）が生じることが知られており、長年解決のための努力が続けられています。本研究では全く新しい再構成法によって、様々なアーティファクトの大幅な低減に成功しました。代表的なアーティファクトの一つは、図に示したように被写体に不透明部位を含む場合に生じるメタルアーティファクトです。
通常のCTではFilteredBack-projection（FBP）という方法で再構成を行います。CTにおけるアーティファクトの原因の多くは、FBPで用いられるフィルタリングと逆投影という2つの操作に起因します。本研究では、どちらの操作も用いないことでアーティファクトの低減を実現しました。Forward-projectionという操作だけを用い、"サイコロ"によって再構成像を求めます。様々な工夫によって、100の10万乗という途方もない組み合わせから、リーズナブルな解を10秒程度で選び出します。SimulatedAnnealing法を使ったCTということで、SACTと呼んでいます。

■研究の概要

■背景
プラズマを用いて殺菌処理が可能です。プラズマにおける殺菌のメカニズムを解明すると共に新しい医療技術としてのプラズマの可能性を探ります。生体細胞にプラズマを照射することにより、生体に刺激を与えられることがわかってきました。治療や細胞操作のための新たな方法として、プラズマを利用できることを願っています。
■目的
大気雰囲気下でプラズマを発生させ、芽胞菌の殺滅を試みてきました。これはプラズマ滅菌技術の開発を前提としたものです。芽胞菌は通常はオゾン処理では死滅せず、死滅させるためには高温高圧処理や放射線処理など、比較的コストのかかる方法が必要とされます。低温で行う大量の器具に対する滅菌処理を開発するために、研究を重ねています。
■内容
芽胞菌（G.stearothermophilus）の殺滅に関して、加熱処理とプラズマ照射についてそれぞれの効果を検証しました。加熱処理では、200℃を超える温度（試料表面において測定）でなければ滅菌されないのに対し、プラズマ照射では100℃以下の温度でも滅菌されることがわかりました。
また、筋肉の細胞に対してプラズマを照射した時には、細胞は死滅するのではなく、ある機能を活発化させることがわかっています。
プラズマが細胞へ与える影響を明らかにするために、細胞表面の元素組成並びに化学結合分析（X線光電子分光法）を行います。この分析により、細胞表面において、水素原子の脱離、酸素原子の付加、アミノ基やピラノース環の変性などがプラズマの影響として起こることがわかりました。
大気圧雰囲気下でプラズマを発生させることにより、あらゆるもの（生体、液体、材料表面など）に電子、イオン、化学的活性種（オゾンや活性酸素など）を供給することができます。プラズマと生体との相互作用を理解し、新たな技術を提案することを目指します。
■応用
・大気雰囲気下で電子、イオンを発生させることができます。
・化学的活性種（励起分子・原子）を発生させることができます。
・好熱性細菌に対する殺菌処理が可能です。
・生体細胞に対して刺激を与えることが可能です。
・細胞表面の化学処理（官能基の付加など）が可能です。
・将来展望
・紫外線照射よりも効果的に水虫治療ができるかもしれません。
・水や薬剤を使わずに洗浄できるかもしれません。
例えば、プラズマ洗髪。
・プラズマを照射することにより、液体の性質を変えることができます。
例えば、pHの制御。
・プラズマを薬剤として生体に投与することができるかもしれません。

■研究の概要

■背景
タンパク質の固定化技術は、固定化酵素、イムノアッセイ、クロマトグラフィ、DDS等、バイオプロセスならびに医療分野を中心に広く利用されています。特に、プラスチック基板表面へのタンパク質の固定化技術はタンパク質固定化チップ(ProteinChip)等の構築において極めて重要であり、基板表面への高集積化ならびに配向制御法の開発が強く要求されています。
■目的
従来、用いられてきた物理吸着法や共有結合法によるタンパク質の固定化は、密度、生理活性、配向性の3者を高く維持することが困難です。本研究では、機能性タンパク質のプラスチック基板上への配向固定を目的とし、当該タンパク質の末端部に「のりしろ」となるペプチドタグのスクリーニングを行っています。基板表面に特異的かつ高親和的に相互作用するペプチドタグがスクリーニングできれば、任意の機能性タンパク質を高密度・高活性・高配向に固定化することが可能となります。
■内容
本研究では、近年、バイオチップへの利用が検討されつつある2種類のプラスチック基板(ポリカーボネート（PC）、ポリメタクリル酸メチル(PMMA))に対するアフィニティペプチドタグのスクリーニングを実施しました。右図に示すごとく、大腸菌タンパク質群を一次ライブラリとし、二次元電気泳動ならびにPMF法によってプラスチック基板に対して高親和的に作用するタンパク質を単離・同定・クローニングしました。さらに、これらを大腸菌によって高発現し、これらをトリプシンまたはキモトリプシンによってペプチド断片に分解しました。プロテアーゼ消化産物中からPC、PMMAそれぞれに高親和的に作用するペプチドタグ候補をHPLCによって分画し、MALD-TOFMSによって分子量を同定、さらに親和性タンパク質のアミノ酸配列と親和性ペプチド候補の分子量を基に親和性ペプチドのアミノ酸配列を決定しました。これらのペプチドタグはPC、PMMA基板上に対して強い親和力を有し、タンパク質固定化用のペプチドタグとしての有用性が示されました。

■研究の概要

人工臓器やペースメーカー等の体内埋込型医療機器用電源として、ブドウ糖（グルコース）を燃料とする「バイオ燃料電池」の研究開発が近年活発に行われています。バイオ燃料電池とは、ヒト等の体内の血中に含まれるブドウ糖を生体触媒（酵素）で分解し電気エネルギーに変換する安全・安心な発電デバイスです。本研究では、パッシブ型（グルコース等の反応物質を自然拡散で電極に取り込む方式）のバイオ燃料電池を開発し、電気化学的な性能評価試験（IV測定、定電流試験など）を行っています。

■研究の概要

光通信で大容量アクセスネットワーク
光通信はこれからの通信インフラとして多様な用途が期待されます。
光信号処理を用いた高速で高機能な光通信ネットワークに関連する研究を行っています。
電話だけでなく動画配信・データ通信・遠隔医療・ゲーム・デジタル家電などマルチメディアに対応するネットワークの構築へ!

■研究の概要

抗体の抗原に対する特異性・親和性を利用したイムノアッセイは、医療診断分野を中心に広く用いられていますが、操作が煩雑な上、その検査時間は6時間から1日以上を要します。本法は、特殊加工処理したポリスチレンプレートとポリスチレン親和性ペプチド(PS-tag)を標識した抗体を用いることで、感度を損なうことなく検査時間を1/10以下に短縮できます。本法は、現行のイムノアッセイ技術のほとんどに適用可能であり、迅速かつ正確な診断結果が要求される医療診断やBSE試験および環境汚染物質の定量検査等において非常に有効な検査技術です。

■研究の概要

メタボリックシンドロームでは肥満、高血圧、高血糖、高脂血症が重複して発症していることがほとんどであり、動脈硬化が進展し、心筋梗塞や脳梗塞のリスクが高くなります。これらの疾患にかかる医療費は莫大であり、メタボリックシンドロームは現代社会において深刻な問題となっています。
鎌倉時代、栄西は著書「喫茶養生記」の中で飲水（現在の糖尿病）に対する桑葉の効用を紹介しています。私たちは、動脈硬化モデルマウスや肥満モデルマウスを用いて、桑葉によるメタボリックシンドローム抑制機構、特に桑葉活性成分がマウス体内で作用するマウス側の標的を解析しています。また、ショウジョウバエを用いて、桑葉活性成分の標的遺伝子の機能解析やメタボリックシンドローム抑制物質の探索を行っています。

■研究の概要

近年、半導体光触媒、金属コロイドなどのナノ粒子、デンドリマーなどの合成高分子の機能が注目され、それらを材料として利用する試みが盛んに行われています。しかし、ナノメートルサイズの微粒子の人体や環境に対する影響はまだ知られておらず、それらの分析方法も確立されていません。また、タンパク、核酸などの生体関連高分子は医療や生命現象の解明において非常に重要であり、その異常が疾病の原因であることが知られていますが、それら分子の分離・分析には非常に時間がかかります。そのため、迅速なナノ粒子や生体関連高分子の分析法の開発が望まれます。
本技術は、顕微鏡下でマイクロメートルオーダーの流路中で発生させたレーザー誘起衝撃波の伝播により液中のナノ粒子・分子をそれらのサイズに依存して移動させることに基づく、迅速・小型のサイズ・分子量測定技術（レーザークロマトグラフィー法）です。概念図を右に示します。