京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要
汗をかいて体温を調節できる哺乳類は、ヒト、ウマ、ロバ、一部のサルのみであり、ヒトは暑さに対する耐性が高い哺乳類と言えます。しかし、近年の夏季の気温上昇は深刻化しており、気候変動による気温上昇は今後も続くと予測されています。このような環境において生活する私たちが、暑さ対策や新しい熱中症予防策を構築できるよう、ヒトの生理反応を主として、体温調節（体温の上昇度や発汗量の測定など）、心拍数や血圧の変化、暑さ感覚や快適性の変化を測定・研究しています。また、市場には暑さ対策を謳う製品が開発・販売されていますが、それらの効果を物性試験ではなくヒトの生理反応を基に評価することで、ヒトにとって本当に効果があるのかを検証し、製品の開発や改良に繋げる研究も行っています。これらの実験結果を基に、科学的根拠に基づいた暑さ対策の構築や快適性を保つ方法の開発を目指しています。

■研究の概要
普段何気なく買ったり食べたりしているお菓子やその他食料品のパッケージングは意外といろいろな工夫がされています。太陽の光や蛍光灯などの光が中の食品に直接当たらないようにするために、プラスチックフィルムの内面にアルミコーティングをしたものや、中が見えるけど酸素などを透過しないように工夫した多層フィルムなどがあります。一方で、それら袋を開封する際に切りやすくする加工が施されていたり、ヨーグルトやハムのパッケージングではできるだけソフトに開けやすいようにイージーピールというシール方法が施されていたりと多彩な技術が盛り込まれています。しかしながら、それらフィルムのシール部に関する学術的な知見は少なく、不明瞭な部分も多く取り残されており、プラスチックフィルムのヒートシール部分の見える化を物理的または化学的手法を用いて行う研究が進められています。

■研究の概要
機械内部における摩擦や摩耗を低減するための潤滑メカニズムについて、ナノスケールの観点から解明を進めています。機械の円滑な動作を維持するためには、潤滑油の存在が不可欠です。潤滑油には複数の添加剤分子が配合されており、これらは金属表面に膜を形成し、摩擦や摩耗の特性を劇的に改善します。特に、数ナノメートルという極めて小さな分子が界面で働くことで、摩擦低減効果や耐摩耗性を発揮するメカニズムに注目しています。従来、トライボロジー分野においてはマクロスケールでの評価が中心でしたが、ナノテクノロジーや表面科学の知見を応用することで、より精密な評価と新たな知見の獲得を目指しています。

■研究の概要

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■研究・技術のプロセス／研究事例

■研究の概要

プラスチック（高分子材料）には、軽い／水や薬品に強い／さびない／長持ちするという特徴があり、安価で容易に成形できるため、金属や木、ガラスといった天然の素材に代わり、生活の中の様々な場面で活用されています。しかし、このような高分子材料であっても他の材料に比べて、光・熱および水などの環境因子の作用を受けると劣化し易いという弱点があります。高分子材料の劣化は酸化劣化や分子鎖切断といった化学構造変化を伴って物性が低下します。このような劣化に関する研究は多く行われ、基本的な劣化機構はほぼ解明されていますが、実際の製品や部品に生じる劣化機構は複雑であるため、個々の製品に対して物性測定し、評価することが必要となります。
我々の研究グループでは、劣化した高分子材料や加速劣化させた高分子材料に対して蛍光分光法を応用することにより非破壊で簡便に高分子材料の劣化を計測することができます。また、熱分析やその他分光分析、顕微鏡観察と併せて多角的に評価することができます。

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全エクソームまたは全ゲノム配列決定技術により、希少疾患や未診断疾患の患者のエクソームまたはゲノムを配列決定することによって、多くの遺伝子変異が特定されています。特定された遺伝子が疾患の原因であることが既知である場合、診断の確定に至ります。しかし、大多数のバリアントは、疾患にどのような効果をもたらすのか不明です。そのために、遺伝子機能の解析を行い、効果を明らかにすることが必須ではありますが、安価で迅速な効果検証は困難です。
私たちは、シンプルなモデル生物であるショウジョウバエを用いて、この問題の取り組み、年々蓄積しつつある疾患の原因となる候補バリアントをスクリーニングし、少しでも多くの確定診断の一助となることを目的とします。
期待される効果として、希少疾患や未診断疾患の確定診断率の向上が挙げられます。これにより、何年にもわたって診断をつけるために彷徨う"diagnosticodyssey"をしなければならない多くの患者さんの気持ちを少しでも安らげることが期待できます。

■研究の概要

さまざまな素材は、人々の生活を様々なシーンで支えていますが、その機能の設計・管理テクノロジーによって価値が決まります。特にヒトの身近で使われることが多い「やわらかい」素材は、より文化的な生活を実現していくために一層の発展が求められており、そのデザイン技術に高度化が必要となっています。
そこで現在、あらゆる身近なモノを対象として、「やわらかさ」を定量化した上で、さらに生活を豊かにできる「やわらかさ」を実現するための研究に取り組んでいます。

■研究の概要

人工細胞膜モデルであるリポソームは、タンパク質等重要な生体分子と相互作用することが知られており、この相互作用の発現を利用して、対象となる生体分子の検知・識別や、その生体分子の状態を知ることが出来ると考えられています。リポソームは相互作用により膜攪乱が生じ、リポソーム内包物質の漏洩が起こります。リポソームに電解質を封入し、膜攪乱による電解質の漏出による漏れ電流を測定することで、リポソームと生体分子との相互作用を検知することができます(図1)。また、インピーダンス測定により相互作用の検知の可能性を模索しました。

本研究では、表面バルクMEMSプロセスによるSiウェハを用いた漏れ電流センサの作製を行いました。相互作用に伴う電解質の漏出を微量かつ簡易に測定することが現在マイクロアレイ化の観点で望まれており、今回作製したセンサは14mm角のSi基板に液溜め用のキャビティを設け、スパッタリングによってPt電極を製膜したものです。測定体積は数Lであり、従来の電気化学的測定とは異なり、微量液滴による測定が可能となりました。

最終的に、漏れ電流マイクロアレイセンサを作製、数Lの微量液滴による測定を可能とし、漏れ電流測定では滴下タンパク質濃度に依存したリポソーム内包導電分子による漏れ電流を測定できました。さらに溶液体積とタンパク質変性剤GuHCl濃度依存の漏れ電流を評価しました。これによりリポソーム－タンパク質間相互作用強度を定量的に評価できる可能性が示唆されました。インピーダンス測定では相互作用の有無により特に高周波（1MHz）領域でインピーダンスに相異が生じ、同相互作用によるリポソームの状態・形状変化により溶液インピーダンスが変化することが示唆されました。

■研究の概要

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近年、Lab-on-a-chipやmicro-Total-Analysis-Systemsと呼ばれる微細加工技術を活用した超小型分析機器の開発と実用化が進められています。これらの機器では、マイクロ流路に各種センサ、分取技術、液滴封入（カプセル化）技術、そのほか捕獲・操作・反応・刺激・抽出等の各種機能を実装することで、1細胞単位という高い分解能で細胞の特性評価と診断が可能となり、機器の測定精度が飛躍的に向上し測定時間も短縮できます。一方、このようなマイクロ流体デバイスとも呼ばれる技術では、各機能要素の高度化・高感度化に伴い、流路における粒子・細胞の位置決め・同期精度が機器の性能と信頼度を決める重要な要素となります。本研究では時間と空間の両方に対して周期的に力を粒子や細胞に作用することで流れにおける粒子を等間隔に整列し、その速度を制御できる技術を開発しました。これを液滴封入（カプセル化）技術に実装することで、収率100%の性能を実現しました。

■研究の概要
マイクロ熱流体デバイスや半導体デバイス等では、マイクロ・ナノスケールの微細構造と現象を設計・製作・制御することが求められますが、それを実現するためにはデバイスの発熱・伝熱の２次元・３次元非定常特性を評価することが重要です。本研究ではサーモリフレクタンスイメージング（Thermoreflectanceimaging：TRI）法を用いて固体のマイクロ・ナノ構造体の表面温度分布を測定し、その熱および電気特性の評価を行っています。TRI法は、物質の反射率が温度に依存することを利用した２次元表面温度計測法です。これまでサーモリフレクタンス現象を利用した温度計測は、主に点計測に基づいた材料の熱物性計測技術として用いられてきました。これに対してTRI法はカメラを用いて物質の反射光強度の２次元分布を獲得します。多くの物質では温度に対する反射率の変化率は10-4~10-5と微小です。TRI法では画像平均化や画像処理によりSN比を上げます。このため測定試料の平面位置制御と焦点合わせの精度が重要ですが、本研究では数nmの精度で位置制御を行っています。測定の時間と空間の分解能は、それぞれ照射光のパルス幅と波長に依存し、本装置ではおよそ数100nsと数400nmです。TRI法は赤外線サーモグラフィカメラに対して空間・時間分解能は高く、ラマン分光法と比較すると瞬時の2次元分布が得られる強みを持ちます。

■研究の概要

鋳造や溶接、積層造形などの金属が凝固するプロセスを経る製品の品質は、製造時に形成される凝固組織によって決定されます。そのため、それらの製品の品質向上には高精度な凝固組織予測が不可欠です。典型的な凝固組織形態であるデンドライト（樹枝状結晶）の成長を高精度に予測可能な数値計算手法としてフェーズフィールド(PF)法が発展しています。PF法を用いてデンドライト成長の定量的評価を行うためには、固液界面近傍の計算格子にデンドライトの先端曲率半径の0.1～0.2倍程度の格子幅を用いる必要があり、多数の3次元デンドライト結晶が相互作用しながら成長するようなシミュレーションの実施にはスーパーコンピュータを用いた大規模計算が必須でした。
本研究では、並列演算性能の高いGraphicprocessingunit(GPU)を用いたPF凝固計算にブロック構造解適合格子を適用し、固液界面近傍にのみ細かい数値格子を割り当てることで、計算コストの削減に成功しました。また、複数のGPUを用いた並列化により、GPU一枚あたりのメモリサイズに制約されずに計算規模を拡張できるようになりました。

■研究の概要

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