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情報通信問題の共有を通して理解を深化させ、学習を促進するmeaQs/forQsシステム［人間社会システム科学研究科］教授岡本真彦特徴・独自性岡本研究室では、学習過程におけるメタ認知プロセスに関する研究や、meaQsシステムに関する研究等を行っている。meaQs（meaningswellupfromtheQuestionsharing!）とは、講義型授業をアクティブラーニング化するための授業支援ツールで、授業を受けている生徒同士がお互いに授業内容の理解度を確認する問題を作って、共有しながら学習を進めるという協調学習環境を指す。forQs（formativeassessmentwiththeQuestionsharing!）とは、meaQsなどで作成した問題を用いて、形成的評価（教授・学習活動の途中で行われる評価）を行うための学習評価ツールで、生徒と教師にフィードバックを与え、学力形成促進機能を持つものである。社会実装と実用化への可能性meaQs/forQsは、Moodleという、国内外の多くの大学で導入されているLMSのモジュール（オプション）として開発されており、Moodleを運用している大学では手間なく導入できる。meaQs/forQsを活用することで、生徒・学生にとっては、問題作成に取り組むこと自体が有効な学習活動となる、他者が作成した問題を相互に解き合うことで共有知が獲得できる、meaQs上に良い問題集が出来る、等のメリットが有り、教員にとっては、生徒が作った問題を見れば自分の教え方の良悪が分かること、手間なく良質な試験問題を入手できること、等のメリットが有る。特論許文岡本真彦・小島篤博・中村秋雲・関口睦(2016).SQUISHシステムを用いた講義型授業のアクティブラーニング化日本教育工学会第32回全国大会講演論文集,pp.23-26.参考URLhttp://www.ess.osakafu-u.ac.jp/human/okamoto/squish/http://www.ess.osakafu-u.ac.jp/human/okamoto/welcome/キーワードmeaQs、forQs、アクティブラーニング、授業支援ツール、協調学習、形成的評価、学習評価、学力形成、moodle、LMS
ナノテクノロジー・材料エネルギー液相法による無機3次元多孔構造体の開発とナトリウムイオン二次電池用負極材への応用［工学（系）研究科（研究院）］准教授岡本尚樹特徴・独自性本技術は、様々な基材の表面に、極めてシンプルなプロセスで立体的なイソギンチャク型微細構造（ZnS3次元ナノ構造体）を形成できる表面処理技術です。図１にその構造と形状写真を示す。高い多孔性と表面積、柔軟性を有する3次元構造体である。作製プロセスは液相中での電析をベースにした電気化学的手法を用い、溶液中で合成されるコロイドを電場および溶液反応を組み合わせることで様々な3次元多孔構造体が作製できる（図２）。本技術の応用として、ナトリウムイオン二次電池用負極電極（SnfilmonZnS3D-base）を作製し、充放電サイクル特性を評価した。従来のSn電極（Snfilm）に比して、極めて高いサイクル特性を示した（図３）。本技術の3次元的かつ柔軟なイソギンチャクのような特徴を持つ微細構造物は、種々の表面積の増加が求められる分野、3次元構造を持つ触媒材料が必要な分野、超撥水のような特徴のある物理的特徴を表面に付与することが必要な分野への新たな提案である。社会実装と実用化への可能性図１．イソギンチャク型微細構造（ZnS3次元ナノ構造体）の概要図２．液相合成プロセスの概要本技術の応用分野として、・反応表面積の増加が求められる二次電池や電気二重層キャパシタの電極材料・触媒や光電気化学的な反応面積の増加が求められる各種触媒や太陽電池材料・各種表面に対する抗菌作用、超撥水作用などの物理的特徴の付与が求められる分野が期待される。図３．ナトリウム二次電池の充放電サイクル特性（SOC＝50%）特許論文参考URLキーワード1.めっき基板の製造方法特許第5344695号2.Copperfilling-upmethodUS8.273.232B23.銅を充填する方法特許第5568250号4.半導体装置の製造方法特許第5622900号Synthesizeofnegativeelectrodecomposed3Dnano-structuresandSnbasedmaterialforsodiumionsecondarybattery,2018InternationalConferenceonElectronicsPackagingandiMAPSAllAsiaConference(ICEP-IAAC).SnNegativeElectrodeConsistsofFlexible3DStructuresforSodiumIonSecondaryBatteries,ECSTransactions,75(22)59-66(2017).http://www.chemeng.osakafu-u.ac.jp/group6/2021HP/無機3次元多孔構造体、イソギンチャク型構造、ZnS3次元ナノ構造体、ナトリウムイオン二次電池、柔軟性、多孔性
ものづくり技術液液スラグ流方式による抽出装置及び抽出方法［工学研究科］教授武藤明徳特徴・独自性相互に溶解しない２種類の液体、例えば水相及び油相のうち、一方に含まれる対象成分を界面をまたいで他方へ移動させる液液抽出法としてミキサー・セトラー法等が利用されているが、混合工程でのエマルジョン状態からの相分離に長時間を要するとともに、抽出装置が大型化するという課題がある。本研究では、液液抽出における抽出・分離時間の大幅な短縮化と装置の小型化を狙いとして、スラグ流方式による抽出技術に取組んでいる。スラグ流とは水相と油相とが交互に並んで流路内を流れる形態であり、各相内において内部循環流が発生することから、液液界面近傍における物質移動が促進されて迅速な抽出分離が可能となる。また、大規模な装置を必要とせず、流路の数を増減することにより、ニーズに応じた様々な生産量に柔軟に対応できる。特に本技術では、水相と油相の体積比率（流量比率）と流路内壁面の性質（疎水性／親水性）とを組み合わせることにより、対象成分を大量に抽出したり、対象成分を高濃度で抽出できる点に特徴がある。社会実装と実用化への可能性本技術はエマルジョンが発生する混合工程が不要であるため、迅速な分離抽出が可能である。有機合成や金属イオン回収その他液液抽出一般に適用可能であるが、特に二次電池用元素の資源回収やリサイクル等の分野への展開が有効と思われる。特許論文参考URLキーワード特願2018-160379抽出装置及び抽出方法1，武藤明徳，ケミカルエンジヤリング，67,670-676（2016）,2，T.Yamamotoetal.,Proc.ofthe10thInternationalConferenceonSeparationScienceandTechnology（ICSST14）,HP-12（2014）,3，A.Mutoetal.,SolventExtr.IonExch.,35,61-73（2017）4，A.Mutoetal.,Sep.Purif.Technol.,156,175-182（2015）5，A.Mutoetal.,ColloidsSurfacesA.,506,228-233（2016）液液抽出、スラグ流、相分離
情報通信高空間分解能２次元超伝導中性子検出器の開発［工学（系）研究科（研究院）］准教授宍戸寛明特徴・独自性電荷のない中性子は、多くの物質に対し強い透過性があり、X線では見えにくい水素原子などの軽元素に対しても感度を持ち、中性子による透過像撮影は非破壊検査で有用だが、撮像の空間分解能は顕微鏡ほど高性能はでなかった。本技術は超伝導検出器に中性子捕獲層を蒸着することで全固体素子２次元中性子検出器を開発し、コンパクトな中性子高速イメージングシステムを完成した。構造は直交する2層構造の超伝導検出器システムで構成され、10B（n,4He）7Li中性子核反応熱による対の電磁波パルス対がX軸とY軸の2対の超伝導細線導波路を伝搬し両端に到達する時間差を計測することにより、イベント発生位置（X,Y）座標を同定するという独創的な検出原理を用いており、高速、高空間分解能で計測できる特徴がある（図１）。この時間差計測に最大32チャネル、マルチイベント対応、時間分解能1ns、時間窓4.3secの時間デジタル交換ボードの開発も行った（図２）。陽子加速器施設J-PARCのBL10で実証実験を行い、時間分解能１ナノ秒、空間分解能は16μmを達成し、高空間分解能と高波長分解を両立した中性子イメージングを実現した（図３）。図１．２次元超伝導中性子検出器の概要遅延時間型CB-KID（電流バイアス運動インダクタンス検出器）図２．Kalliope-DC（J-PARCのミュオンで使われてきたKALLIOPE回路の改造）を用いた測定ダイヤグラム社会実装と実用化への可能性図３．中性子イメージング例本技術は、高空間分解が要求される中性子透過像の撮像、波長分散中性子イメージング、粒子ビーム検出器等に期待される。論文参考URLキーワード■HighSpatialResolutionNeutronTransmissionImagingUsingaSuperconductingTwo-DimensionalDetectorH.Shishido,K.Nishimuraet.alIEEETransactionsonAppliedSuperconductivity31,2400505(2021).■Energy-resolvedneutronimagingwithhighspatialresolutionusingasuperconductingdelay-linekineticinductancedetectorY.Iizawa,H.Shishidoet.alSuperconductorScienceandTechnology,32,125009(2019).http://www.pe.osakafu-u.ac.jp/research/detail01/http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100872_ja.html２次元超伝導中性子検出器、波長分散中性子イメージング、高空間分解能、高波長分解
ナノテクノロジー・材料溶媒に高濃度分散可能な超微細層状結晶粉末［工学（系）研究科（研究院）］准教授徳留靖明特徴・独自性環境負荷の小さいユビキタス元素（Ni,Al等）を用い、溶媒中での優れた分散性と物質吸着・交換容量を持つナノマテリアルを合成した。得られたLDH（層状複水酸化物ナノクラスター）は、以下の優れた特徴を有する。①<10nmのナノ微細粒子、②高濃度で溶媒へ分散が可能、③簡単な液相プロセスで合成可能、④化学組成（金属イオン種）の変更および色素等の有機分子の担持が可能、⑤ナノ粒子分散液から粉末、薄膜、モノリスの合成が可能。LDHは水系溶媒中で10nm以下の微細粒子として分散させることができる。社会実装と実用化への可能性LDHは均一厚膜、超薄膜、多孔化薄膜としてのコーティングが可能。Y.Tokudome,*etal,ACSNano,10,5550-5559,2016水系溶媒に高濃度で分散できるナノ粒子は触媒として有用であり、イオン交換体、物質吸着剤、キャパシタ、コーティング剤、添加剤（ナノフィラー）、薬剤担体、触媒、触媒担体、抗菌（抗ウイルス）性塗料等への応用が期待できる。LDHは、イオン交換体、物質吸着剤、キャパシタ、コーティング剤、添加剤（ナノフィラー）、薬剤担体、触媒、触媒担体などへの応用が可能であり、電極材料、CO2還元触媒、コロナ蔓延対策としての抗菌・抗ウイルス素材など、社会的課題解決への寄与が期待される。特許論文参考URLキーワード特願2019-134576→特開2021-017419（公立大学法人大阪、ザユニバーシティオブバーミンガム）１，Chem.Mater.,31,322−330,2019２，J.Ceram.Soc.Jpn.,125,587-602,2017３，Langmuir,32（35）,8826–8833,2016４，ACSNano,10,5550-5559,20165.Adv.NanoBiomedRes.210012,2021http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100879_ja.htmlhttps://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=201701007862291196LDH（層状複水酸化物ナノクラスター、ユビキタス元素、ナノ粒子、水系溶媒、分散、グリーンプロセス、環境触媒、抗菌、抗ウイルス、電極、CO2還元、イオン交換
ものづくり技術ソーシャルイノベーション泥水環境で適応的に運動を変化させるヘビ型ロボットの実験［工学研究科］助教山野彰夫特徴・独自性下水道管内や用水路等、人が立ち入ることが困難な場所での探索や調査には、無人機が必要となる。無人機には、水や汚泥等が堆積する様々な環境において、効率よく推進することが求められる。本研究では、線形動物のセンチュウの運動にヒントを得て、水や汚泥等が混在する環境下でも効率よく推進して作業や調査を行えるヘビ型ロボットの実現を目的としている。センチュウは水中や寒天内など様々な環境下で、身体に作用する抵抗に応じて体のうねり運動の周波数や波長を適応的に変化させて効率的に移動する。このうねり運動は、体幹上の抵抗を神経にフィードバックする知覚フィードバックにより実現していると考えられる。ヘビ型ロボットは、リンク機構の推進体モデルに対してこの知覚フィードバックに相当する制御則を導入することで、様々な環境下での効率的な推進を実現している。サーボモータ内の角度センサーのみで抵抗力を検知して簡単な制御を行う方式とすることにより、省資源で実装できる点に特徴がある。社会実装と実用化への可能性センチュウは環境に応じてうねり運動の振動数と形を調整するセンチュウの運動の変化を再現する駆動方法の構築本ロボットの用途としては、用水路やため池でのごみの除去や除草、川経由での橋梁下点検、下水道管内の点検等が想定される。今後、ロボットの軽量化・高強度化とともに、様々なセンサーの搭載により自律性を高め、将来的には宇宙空間での適用も目指したい。推進環境に対する適切な運動の選択ヘビ型ロボットに実装特許論文参考URLキーワード[1]A.Yamano,K.Shimizu,M.ChibaandH.Ijima,Fluidforceidentificationactingonsnake-likerobotsswimminginviscousfluids,JournalofFluidsandStructures,Vol.106(2021),DOI:10.1299/transjsme.18-00054.[2]山野彰夫，井嶋博，自励発振を用いた泳動推進体の適応制御に関する基礎検討，日本機械学会論文集，84巻，864号(2018)，pp.1-10,DOI:10.1016/j.jfluidstructs.2021.103351.蛇型ロボット、柔軟ロボット、環境適応、適応制御、センチュウ、うねり運動、知覚フィードバック
情報通信サスペンション船の性能と応用性に関する研究［工学研究科］助教韓佳琳特徴・独自性船は波による並進運動（前後・左右・上下揺れ）や回転運動（ロール・ピッチ・ヨー）を起こす。これらの揺れを抑制して乗り心地を改善するとともに、波エネルギーを利用して発電等を行う目的で、浮体部とデッキ部を分離してサスペンション機構で接続したサスペンション船が開発されている。しかし、従来のサスペンション機構では、双胴船への適用ができますが、単胴船に対して、もっとコンパクト化と簡単化にする必要がある。本研究は、使用目的に応じて乗り心地と波エネルギー利用とをバランスよく実現することを狙いとした新しいサスペンション機構を提案する。具体的には、浮体部とデッキ部とを板バネ等で相対変位可能に連結する機構とし、船をマス－バネ－マス系でモデル化してロバスト的フィードバックシステムを搭載し最適化することで、乗り心地の向上と波エネルギーの回収とを両立させている。本サスペンション機構は小型化・簡単化された構造であり、かつ使用目的に応じて多様性を持った設計が可能な点に特徴がある。サスペンション船の概念設計図の一例全長１メートルの模型船、キャビンのヒーブ、ピッチとロール運動がハルから分離できる。社会実装と実用化への可能性今後、実海域での様々な実証実験を行うとともに経済性も評価し、波エネルギー吸収装置、エネルギー自給・自律小型調査船、乗り心地向上船、洋上発電施設アクセス船等への展開を図りたい。従来の洋上風車アクセス方法はBowtransfermethodである。作業員は船から風車の梯子を登ってプラットフォームにアクセスことである。高い波や強風の影響でアクセスの危険性が高まる課題がある。特許論文参考URLキーワード特願2020-24803動揺抑制装置および浮揚構造物J.Han,T.Maeda,H.Itakura,D.Kitazawa,2021.“Experimentalstudyonthewaveenergyharvestingperformanceofasmallsuspensioncatamaranexploitingthemaximumpowerpointtrackingapproach”.OceanEngineering243,110176https://researchmap.jp/jialinhanサスペンション船、サスペンション機構、動揺抑制装置、波エネルギー
情報通信海洋工学におけるデジタルテクノロジー［海洋科学技術センター］教授橋本博公特徴・独自性本学の海洋科学技術センターは、海洋科学技術に特化した研究開発やコンサルティングを行う専門組織として、2021年5月に開設された。当センターで進めている海洋工学分野の最新デジタルテクノロジーとして、①船舶の高度知能化を実現技術（自動操船AI，自動離着岸AI，自動停船システム）、②船舶海洋工学分野における革新的性能評価プロセスのためのリアルワールドシミュレーション、③大規模高速非線形構造解析手法「理想化陽解法FEM」の開発及び構造物のデジタルツイン、の３テーマの研究開発に取組んでいる。①のAI技術では、強化学習と深層学習を組合わせて船舶の自動操縦を行うAIを開発し、大阪湾での自動航行の実証実験に成功した。②及び③のシミュレーション技術では、船体や橋梁等の大型構造物の塑性変形をも考慮した非線形構造解析を高速化できる新手法である理想化陽解法FEMを開発し、実物大モデルのシミュレーションを可能とするとともに、計測データとシミュレーションモデルとを統合化したデジタルツインによる構造物の状態推定等に取組んでいる。社会実装と実用化への可能性上記テクノロジーの活用例として、無人運航船等による次世代海上交通システムや水中での自律的探査・メンテナンスシステム等が想定され、シミュレーション技術がその実用化を加速することを期待している。特許論文参考URLキーワード特願2021-147415操縦パターン特定装置、制御装置、操縦パターン特定方法及びプログラム１．Shen,H.,Hashimoto,H.etal.,AutomaticcollisionavoidanceofmultipleshipsbasedondeepQ-learning,AppliedOceanResearch,Vol.86,2019,268-288.２．Hashimoto,H.,Kawamura,K.etal.,Anumericalsimulationmethodfortransientbehaviorofdamagedshipsassociatedwithflooding,OceanEngineering,Vol.143,2017,282-294.AI、DX、自律運航船、デジタルツイン、数値試験水槽
ナノテクノロジー・材料エネルギー高エネルギー密度を目指す多価アルミニウムイオン二次電池の開発［工学研究科］准教授知久昌信特徴・独自性二次電池は二酸化炭素の排出抑制に効果的な電気自動車の重要な部品であり、エネルギー密度、出力密度の向上が期待されている。アルミニウム二次電池は埋蔵量が少ないリチウムと比して多量に存在するアルミニウムを用いており、三価のカチオンのため体積当たりでもっとも高い容量をもつ材料であり、高容量の次世代電池用負極材料として有望である。しかし、アルミニウム二次電池を実現するためには二つの大きな問題点が存在する。一つ目は金属アルミニウムを可逆に析出溶解可能な電解液の開発、二つ目はアルミニウムイオンを貯蔵できる正極材料の開発である。本研究では、これまでに試みられているインサーション型ではなく、コンバージョン型正極の開発を行った。本技術では、コンバージョン型の正極反応に使用した遷移金属ハロゲン化物を試みたところ、塩化銅とフッ化銅が正極材料として機能することを見出した。これらの正極を用いてアルミニウム二次電池を構築したところ、出力密度の向上とエネルギー密度の向上を同時に達成することに成功した。特にCuCl2はCuｌより良好な特性を示した（図１～図３）。図１．CuCl、CuCl2、FeCl2を用いた電極のサイクリックボルタンメトリー（CV）とCuClとCuCl2を用いた電極の充放電特性（電解液：AlCl3/DPSO2/トルエン）図２．CuCl2を用いた電極の掃引範囲を広げたCVとカットオフ電圧を4Vに設定した充放電測定結果社会実装と実用化への可能性本技術の応用として、大規模な定置用電源、電気自動車用電源が期待される。実用化に向けては、電解液の開発を含めた更なる特性の向上が必要である。図３．CuCl2のボールミリングの時間を変化した場合のX線回折と充放電特性特許論文参考URLキーワード特開2017-168234、電解液及びそれを用いたアルミニウム二次電池Copperchlorideasaconversion-typepositiveelectrodeforrechargeablealuminumbatteries,RSCAdv.,2019,9,41475–41480.アルミニウム二次電池、コンバージョン型正極、塩化銅
ものづくり技術金属錯体発色団による光酸発生剤の感光波長制御［工学研究科］助教小玉晋太朗特徴・独自性特定波長の光を吸収して分解し、酸を発生する光酸発生剤（ＰＡＧ）は、カチオン硬化や酸加水分解反応を開始させるもので、塗料、インキ、コーティング剤、接着剤、化学増幅ポジ型フォトレジスト等に利用されている。そのほとんどが紫外線（２００nm～４００ｎｍ）を感光に用いるが、最近、光の透過性がよく、省エネルギーかつ安全な可視光線（4００ｎｍ～８０0ｎｍ）の利用が注目されている。また、簡単に吸収波長を変えて設計できるPAGは利便性が高い。そこで、金属錯体を発色団と組み合わせた化合物を合成し、可視光領域に感光領域を有し、かつ感光波長を容易に変更できる光酸発生剤を開発した。可視光発色団の設計は難しく、感光領域の設定のために新たな化合物を合成する必要がある。社会実装と実用化への可能性金属錯体を用いた光酸発生剤は、金属原子や配位形態を変えて感光波長を変えることができ、種々の光源波長に対応した設計を可能にするため、新規光源に対応する光酸発生剤として広く用いられる可能性がある。オキシムスルホネート系化合物は、それ自身をＰＡＧとして機能させることもできるが、このオキシムスルホネート系化合物が配位した金属錯体は、可視光領域に感光領域を有しており、かつ、中心金属である金属原子Ｍや配位形態が変わると、感光する光の波長が変化する。オキシムスルホネートにルテニウム錯体を組み合わせた場合、感光波長は紫外線領域から可視光領域に移動する。特許論文参考URLキーワード特開2015-030681金属錯体、その製造方法、それに用いるオキシムスルホネート系化合物、およびそれを用いた光酸発生剤（中央大学）１，Organometallics37（11）1649–16512018年２，MacromolecularSymposia349（1）29-332015年http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/110389_ja.htmlhttps://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=201201082871812250光酸発生剤、PAG、クロモフォア（発色団）、金属錯体、カチオン硬化、可視光、近紫外線、オキシムスルホネート
ライフサイエンスナノ光アンテナによる病原体の迅速一括検出［工学研究科］教授椎木弘特徴・独自性光学顕微鏡を用いた検査は、スライドガラス上の細菌細胞を迅速かつ一括観察できる点で、他の方法（培養法、PCR法、IC法）にない特長を持っている。本技術は、金属ナノ粒子が示す特徴的な光散乱特性と高コントラストにより、分解能以下の観察が可能な暗視野観察法を組み合わせることで、細菌のワンステップ検出を可能とした。金ナノ粒子集合体は、集合化により広い波長域の光を吸収することが可能になるため、単一粒子の10倍以上の散乱強度を示した（図１）。金ナノ粒子集合体に、特定細菌の表面と特異的に結合するレセプター分子を導入することで、選択的な標識が可能となる。O157抗体を導入した例を図２に示す。この集合体を、大腸菌O157、及びO26、O111と混合し、暗視野観察した。大腸菌O157は金ナノ粒子集合体に特徴的な強い白色散乱光として観察された。一方、大腸菌O26及びO111からは集合体の結合に基づく光散乱、スペクトル変化は見られなかった（図３）｡この結果により、金ナノ粒子集合体を特異結合を介して細胞表面に配置することで、光アンテナとしての機能を利用した迅速、一括観察できる細菌検出が可能となる。図１．光散乱スペクトルと暗視野顕微鏡像図２．金ナノ粒子集合体への大腸菌O157抗体の導入社会実装と実用化への可能性本技術は、感染症発生時の迅速検査、食品製造現場における出荷前検査、臨床、製薬現場における無菌試験等に応用が期待できる。図３．大腸菌O157抗体導入の金ナノ粒子集合体の光学的、電気的評価特論許文特許第6358610号、被検出微生物を検出する検出方法特願2021-032552、細菌および／またはウイルスを検出する装置、方法標識キット特願2020-75852、センサーNanoantennasasBiomarkersforBacterialDetection,Anal.Chem.2015,87,7,4042–4046.参考URLキーワード光アンテナ、ナノ構造体、金属ナノ粒子、光学標識、バイオ分析、病原体、微生物検査、細菌
情報通信不確実性を考慮した柔軟なコンテンツ推薦システム［工学（系）研究科（研究院）］准教授生方誠希特徴・独自性オンラインコンテンツ提供の幅が広がり、増加し続ける膨大な選択肢の中から自分に合ったコンテンツを発見することが困難となりつつある。電子商取引サイトや動画配信サービス等においては、ユーザの趣味嗜好に合ったコンテンツを推薦するシステムが活用されており、その技術基盤として協調フィルタリングがある。データを自動的に分類・要約する技術であるクラスタリングに基づく協調フィルタリングでは、趣味嗜好の類似したユーザのグループを抽出し、グループ毎の嗜好パターンに応じた推薦を実現できる。本研究では、ラフ集合理論に基づいて不確実性を考慮したラフクラスタリングを活用した柔軟なコンテンツ推薦システムの構築を進めている。社会実装と実用化への可能性本研究では、不確実性を考慮した柔軟なコンテンツ推薦システムによって、各自の趣味嗜好に合ったコンテンツにアクセスしやすくする方法の理論的研究を行っている。その過程において、不確実性を考慮したラフクラスタリング技術の導入、それを用いた柔軟なコンテンツ推薦システムの技術基盤を拡充することができた。実世界のデータセットにおいて従来法に比べ、不確実性を考慮した今回の提案法の高い推薦性能を確認した。ラフ集合理論に基づく不確実性を考慮したクラスタリング手法の更なる高性能化に向けて研究を進める予定である。特論許文[1]S.Ubukata,S.Takahashi,A.Notsu,K.Honda,BasicConsiderationofCollaborativeFilteringBasedonRoughC-MeansClustering,Proc.ofJoint11thInternationalConferenceonSoftComputingandIntelligentSystemsand21stInternationalSymposiumonAdvancedIntelligentSystems,256-261(2020).[2]S.Ubukata,A.Notsu,K.Honda,Objectivefunction-basedroughmembershipC-meansclustering,InformationSciences,548,479-496(2021).参考URLhttp://www.cs.osakafu-u.ac.jp/hi/ubukata/キーワードコンテンツ推薦、協調フィルタリング、クラスタリング、ソフトコンピューティング、ラフ集合理論、不確実性、ラフクラスタリング
ライフサイエンスソーシャルイノベーション有機性残渣由来の再生資源を用いて行う都市型食料生産システム［生命環境科学研究科］講師遠藤良輔特徴・独自性SDGsやカーボンニュートラルを達成するための新たな枠組みとして、資源を循環利用して価値を生み出すサーキュラーエコノミー（循環経済）が最近注目されている。都市で多量発生する有機性廃棄物をエネルギーや食料生産の資源に転換できれば、サーキュラーエコノミーの実現のみならず、都市農業の持続性向上にも貢献できる。私達は，微生物の持つ優れた物質転換機能に注目して，これらの実現に向けた都市型食料生産システムの研究開発を行っている。有機性廃棄物の微生物処理で得られるのは従来技術では主に堆肥であったが、本技術では栄養素が水に溶けた培養液であり，養液栽培を始めとして様々な栽培形態に適用できる。培養液の成分組成は微生物の培養環境を制御することで調節が可能であり、それも本技術の特徴の一つである。本システムでは、まずメタン発酵ユニットで、主に嫌気的微⽣物が食品残渣や非可食残渣などの有機性残渣を分解する。ここで生じたメタンは、熱や電気などのエネルギー源となり、CO2は植物生産における光合成に利用される。次の生物酸化槽では、主に好気的微生物が培養液成分を生成する。このような処理を通して、有機性残渣は養液栽培や微細藻類培養に利⽤しやすい４つの資源（電気・熱・CO2・培養液）に転換される。社会実装と実用化への可能性活⽤が期待される場所として、有機性残渣が多く発⽣する事業所、学校、⾷事施設、培養液を必要とする植物⼯場などがあり、培養液を公園緑地や街路樹に使うことも考えられる。現在は、生物酸化槽から生じた固形残渣の利用法について幅広く検討している。有機残渣由来の培養液を添加し⼈⼯光を⽤いた閉鎖環境下で⽣育しているレタス。閉鎖環境では、本技術で⽣成するエネルギーならびに物質資源の全てを⽣産に投⼊することが可能である。特許論文参考URLキーワード「メタン発酵による資源循環発酵消化液の植物生産への利用」、著者：遠藤良輔、作物研究59：73－77（2014）ApplicationofbiogasdigestateasanutrientsolutionforthehydroponiccultureofChrysanthemummorifoliumRamatwithrockwoolsubstrate.Takemura,K.,Endo,R.Shibuya,T.,Kitaya,Y.WasteandBiomassValorization11:2645-2650.2019.http://envbio.envi.osakafu-u.ac.jp資源循環、循環経済、有機性残渣、食料生産システム、再生資源、都市型農業、養液栽培、微生物、培養液、植物工場、微細藻類、宇宙農業
ナノテクノロジー・材料多用途展開が可能な層状ポリケイ酸粒子の開発［工学研究科］教授岩﨑智宏特徴・独自性層状ポリケイ酸の１つであるアイラアイトは、規則的な四角形で表面も平滑であり、分散性良好であること（図１）から、触媒や吸着剤などの各種複合材料の基材として有用である。図２に開発したアイライトの合成技術を示す。本合成技術は、粒子径制御（数百ナノメートル～十数マイクロメートル）と高効率化（収率向上、反応時間短縮）を実現している。さらに表面改質および層間への有機物インターカレーションによる応用（ナノシート化など）も行っている（図３）。本材を用いた有機無機ハイブリッド材では、様々な有機化合物が選択できるため、用途範囲が広く、多機能化粧品材料や高性能ガスバリアフィルム材用フィラーなどの展開が期待でき、有望な材料である。図１．層状ポリケイ酸塩とアイラアイトの特徴社会実装と実用化への可能性図２．アイラアイトの合成技術（粒子径制御、高効率化）本技術のアイラアイトの応用としては、ガスバリアフィルム、ポリマークレイナノコンポジット、粒子径および細孔径分布を制御した各種ゼオライト、金属担持多孔質シリカ、滑りと油分保持を制御した化粧品材料等が期待できる。図３．アイラアイトの応用例特許論文参考URLキーワード特許第5634174号、層状ケイ酸塩化合物の製造方法特許第5665689号、層状ケイ酸塩化合物の製造方法特開2021-59468、ケイ酸ナノシート分散液およびその製造方法SeedingEffectonCrystalGrowthinHydrothermalSynthesisofLayeredOctosilicate,ChemicalEngineeringCommunications193（2006）69–76.Rapidsynthesisofoctosilicate,alayeredalkalisilicate,byheterogeneousnucleationatthesolid–liquidinterface,AppliedClayScience58（2012）39–43.アイラアイト、層状ポリケイ酸塩、多機能化粧品材料、ガスバリアフィルム用フィラー
ライフサイエンス情報通信常時遠隔見守りに向けたウェアラブルデバイス［工学研究科］教授竹井邦晴特徴・独自性本研究では、違和感無く、且つ多種健康状態を常時計測するフレキシブルセンサシートの開発を行っている。またそのセンサシートに適用可能な無線システムや異常検知によるフィードバック型アラームシステムなどを融合することにも成功している。これらのセンサーシートを絆創膏のように皮膚に貼付することで、常時健康管理を遠隔で実現する基礎技術を提供可能になった。現在はデータを解析し、瞬時に異常を検知できるようなセンサシステムを開発しており、これにより「もう少し早く病院に言っていれば‥」といったことが無いスマートな健康社会の実現を目指している。社会実装と実用化への可能性これらシステムにおいて想定される活用例としては、多種バイタルの常時計測による遠隔管理、バイタルの急変を検知する未病の発見，など、健康管理用途への多様な活用が考えられる。さらに、Withコロナの観点では、本フレキシブルセンサは皮膚表面からの多種バイタルを無線計測可能であり、「コロナウイルス感染患者の自宅療養やホテル療養での容態急変などの常時見守り」や「感染が怖くて病院に行けないという患者のバイタルチェツク（そのデータを医師が遠隔管理）」などへの応用が期待できる。今後は、印刷を主とした簡易プロセスによる大画面・低価格のセンサーシート提案を目指している。特論許文特許1：出願番号特願2020-078347特許名称傾斜センサ及びウェアラブルデバイス特許2：出願番号特願2019-124507特許名称湿度センサ特許3：出願番号特開2019-128176特許名称温度センサ及び温度センサの製造方法参考URLhttps://sites.google.com/site/kuniharutakeijp/キーワード遠隔見守り、常時健康管理、フレキシブルセンサ、センサーシート、バイタル計測、異常検知、常時計測、遠隔管理
ライフサイエンス情報通信大面積・多機能フレキシブルセンサーシート（Ⅱ）・圧力センサ［工学研究科］教授竹井邦晴特徴・独自性従来の圧力センサは、非常に高価で、曲げにより直ぐに壊れてしまう等の問題がある。本技術は、シンプルな構造で作製に高価な装置が不要な布製の圧力センサシートです。構造は複数の導電部材（Ag糸）が配置された上シート（綿、麻の織物）と、上シートの導電部材と交差する方向に配置された複数の導電部材を有する下シートが、複数の貫通孔を持つ絶縁部材（綿のメッシュスペーサー等）を介して配置された積層構造からなり、上下間の加圧による導電部材間の導通により圧力を感知する（図１）。印加力を変化して圧力センサのサイクルテストを実施した結果を図２に示す。睡眠時の体圧計測（～5kPa）では、実用上十分な数十万回以上の耐久性を確認している。また、少数回ではあるが洗濯した場合のセンサ応答の劣化もない。実際の使用例（座った場合の圧力分布、睡眠時の応答）を図３に示す。本技術は、布製のシンプルな構造、安価で作製が可能、洗濯も自由に可能、機械的柔軟性に優れており、自由に折り曲げ可能という特徴がある。図１．圧力センサの構造断面図、測定原理図２．圧力センサのサイクルテスト、洗濯前後のセンサ応答社会実装と実用化への可能性本技術は、・体圧（姿勢や寝相）などの分布計測による体調管理、車いす開発、足裏計測・睡眠の質計測・離床センサおよび床擦れ防止としての看護応用・産業応用（機器の圧力分布計測）等での適用が期待できる。図３．圧力センサの使用例特論許文特開2020-076586、圧力センサシートTextile-BasedFlexibleTactileForceSensorSheet,Adv.Funct.Mater.2019,1807957.参考URLキーワード圧力センサ、布製、フレキシブル、安価
ものづくり技術バッチ式を連続式プロセスに置き換える渦流管型反応器［工学研究科］准教授堀江孝史特徴・独自性化学反応系のプロセスにおいて、大型撹拌槽を用いた回分式プロセス（バッチ式）を、流路型の連続式プロセスへと転換することが求められている。たとえばマイクロリアクターがあるが、生産量が限られるという課題のみならず、層流のために流路の半径方向の混合が起こらず，さらに層流速度分布によって反応物の滞留時間（反応時間）に分布が生じるという課題がある。本研究では、上記課題の解決を目的とした渦流管型反応器を提案する。この反応器は、反応物が流動する管状流路内にオリフィス状のバッフルを一定間隔で複数配置した構造となっている。そして、原料流体に振動流（前後に行き来しながら進行する流れ）を付与することでバッフル区域内に非定常渦流を発生させて、迅速かつ均一な混合を実現している。特に本反応器では、バッフルの開口部を重力方向に偏心もしくはシフトさせた構造とすることで、固液系プロセスの沈降による混合不良や詰まりを防止して、混合時の流動状態を安定化できるという特徴がある。OscillatoryBaffledMicroreactor（OBR：振動流バッフル反応器）模式図：円管内にオリフィス状バッフルを備えており、振動流れを与えると周期的に渦流が発生する社会実装と実用化への可能性本反応器は、非定常渦流の活用とバッフル形状の工夫により、高い混合性能を実現できるとともに、固体粒子が分散した固液系プロセスへの適用も可能となる。医薬品・食品・環境（有機物回収）等への展開が期待でき、既に小スケールのプロセスでは実用レベルの反応器を実現している。特許特願2018-164088連続式振動流バッフル反応装置及び反応法論文参考URLキーワード連続式プロセス、カオス混合、振動流、渦流、バッフル
情報通信リニア新幹線などBeyond5G高速移動環境の高信頼性通信［工学研究科］教授林海特徴・独自性4Gや５Ｇに採用されたＯＦＤＭ方式は無線チャネルの遅延しか対応しておらず、移動通信環境におけるドップラー効果により性能が劣化する。一方、Beyｏｎｄ５Ｇ変調方式候補であ変調はチャネルの遅延とドップラー効果の両方を考慮したが、変調技術の根幹である直交波形生成にまだ成功していない。本研究はマルチキャリア伝送方式の常識を覆し、遅延ドップラー平面における直交波形の開発に成功し、移動環境における無線通信チャネルの特性を最大限に利用する直交遅延ドップラー分割多重変調方式の提供を可能にした。社会実装と実用化への可能性移動通信の二重選択性フェージングチャネルは遅延ドップラー平面でコンパクトに表示できる。一方、従来の通信信号は時間周波数平面で設計され、チャネルの遅延とドップラーの二重効果は信号復元を困難にしている。本研究は、遅延ドップラー平面は微細グリッドを有する時間周波数平面であるとの新らしい視点から、存在しないとされていた遅延ドップラー平面の直交波形を開発し、高性能なマルチキヤリア伝送方式を提供するものである。想定される活用例は、次世代無線通信システムや、リニア新幹線など高速移動環境における高信頼性通信などであり、今後は、実装プロトタイプ検証、フィールドテスト、標準化活動等を行う予定である。特許特願2021-093751送信器、送信方法、受信器、および受信方法論文林,“6Gのための遅延ドップラー平面マルチキャリア変調,”電子情報通信学会ソサイエティ大会,2021参考URLキーワード無線通信、移動通信、Beyond5G、OFDM、ドップラー、ODDM、OTFS、チャネル、遅延、変調、波形生成、直交波形、直交遅延ドップラー分割多重、二重選択性フェージング、時間周波数平面、遅延ドップラー平面、マルチキャリア
ライフサイエンスタケ由来ミミズ堆肥による植物病害の抑制［生命環境科学研究科］教授東條元昭特徴・独自性災害リスクや景観の面で全国的に放置竹林が問題となっている状況下、竹の有効利用方法として、ミミズコンポストによる肥料製造を検討した。その結果、下記①～⑤の技術開発に成功し、本培土の有用性に関する科学的根拠を得た。①タケコンポスト作出方法の確立②植物病原糸状菌に対する抑制効果の要因の解明③植物寄生性線虫に対する抑制効果の実証④生物防除微生物添加による病害抑制効果向上の実証⑤タケコンポストへの有機肥料添加によって病害抑制効果を維持しつつ肥切れを防止する技術を開発社会実装と実用化への可能性タケ粉末とクズ茎葉から作ったミミズコンポストの製品試作品は自然乾燥品で、1L＝115g（20L＝2.3kg）と軽く、市販の馬糞由来コンポスト（乾燥品）の半分以下の重さ。軽い資材は特に高齢者に使い易い。タケミミズ堆肥で育てたハクサイ苗は苗立ち枯れ病菌に対して抵抗性を示した（左上）。このほかダイズ苗やキュウリ苗の立ち枯れ病にも有効で、堆肥中の細菌F.akiainvivens、B.amyloliquefaciens、B.pumilusおよびB.thuringiensisが関与している可能性が示された。土壌改良剤としての有用性検証と量産体制の初期形ができており、近々の製品化や市販が期待できる。廃資源の活用という点で実用化の意義は大きい。ミミズ堆肥化技術を用いて、通常焼却処分されている学校給食における残渣（食べ残し）の堆肥化に成功し、さらに、化学成分分析や細菌叢解析などによりその有用性が明らかになった。特許論文参考URLキーワード特願2016-031469号→特許第6712044号（公立大学法人大阪、㈱ゲオール商事、河内長野市）１，Hashimotoetal.,JARQ55巻3号225-232頁2021年２，尤・東條,土と微生物、74巻2号、50-53頁2020年３，Youetal.,AdvancesinMicrobiology、9巻12号、957-970頁2019年４，Youetal.,JARQ53巻1号13-19頁2019年５，Youetal.,JournalofNematology、50巻、4号、569-578頁2018年http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100307_ja.htmlhttps://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19J10250/タケ廃材、モウソウチク、クズ、ミミズ、堆肥、コンポスト、苗立ち枯れ病、給食残渣、細菌叢、バチルス、フラボバクテリウム
ライフサイエンス低分子化合物認識素子としての新規アプマター溶液系選抜・活用戦略［工学研究科］准教授末吉健志特徴・独自性標的物質への特異的結合能力を持つアプタマーは、化学合成が可能、安定性が高い、低分子化合物を認識できるなど、抗体にない利点がある。そのため、抗体や核酸の代わりにアプタマーを固定したAptasensorが開発されている他、医薬への応用も始まっている。核酸アプタマーの選抜に用いられるSELEX法では、標的に特異性の高いアプタマーを分離・濃縮する行程が重要である。分離・濃縮行程には、標的を担体に固定する固相法と溶液中で標的と反応させる液相法があるが、いずれも低分子を標的とするアプタマーには向かなかった。我々はフリーのDNAアプタマーと複合体を形成したアプタマーは、分子ふるい効果によりポリマー中での電気移動度が異なる事を見出した。また合成したランダムアプタマーライブラリには、二次構造を持つアプタマーと構造を持たないものが含まれているが、これらも分子ふるい効果をもつキャピラリー電気泳動で分離可能である。現在、分離した二次構造を持たないDNAアプタマーのサブライブラリから、低分子標的アプタマーを選抜中である。このように従来困難であった低分子化合物に対するアプタマーを、本手法で得ることができる。SELEX法による核酸アプタマーの選抜分子ふるい効果をもつキャピラリー電気泳動による、フリーのアプタマーと複合体を形成したアプタマーの分離社会実装と実用化への可能性低分子化合物に対するアプタマーは、化合物検出に使えるほか、低分子の創薬標的への作用などが期待でき、抗体と異なる領域への展開が期待できる。ランダムライブラリー中に含まれる二次構造を持つDNAアプタマーと、構造を持たないDNAアプタマーの分離特論許文AnalyticalSciences(IF2.081),PubDate:2021-06-10,DOI:10.2116/analsci.21c003参考URLキーワードアプタマー、DNAアプタマー、高親和性、SELEX法、スクリーニング、低分子化合物、抗体
ライフサイエンスソーシャルイノベーション物質循環型植物工場［研究推進機構］特任教授北宅善昭特徴・独自性我々は、原材料やエネルギーの使用効率を高めるとともに、生産過程や消費後に生じる廃棄物を循環再利用することで、資源の使用量と廃棄物量を極力少なくする植物工場（物質循環型植物工場）の開発研究を行っている。例えば、レタスとキノコを閉鎖系で同時栽培すると、レタスの光合成で発生したO2をキノコが呼吸に利用してCO2が発生する。このシステムで2とO2が循環し、植物残差はキノコの培地となる。またレタス栽培とドジョウ養殖を組み合わせたアクアポニックスでは、レタス栽培に用いる化学肥料の使用量を半減できた。このとき、液肥並びに飼料に含まれる窒素の80％はレタスに蓄積された。廃棄バイオマスをメタン発酵するシステムでは、バイオガスと消化液が発生し、それらは農産物の生産に用いることができる。バイオガス発電から発生する電気と熱は栽培システムに利用でき、CO2は光合成・成長に利用できる。消化液にはN,P,K等の無機栄養成分が含まれ、植物の肥料源となる。このような研究成果は、将来、都市圏の物質循環に貢献できると考えており、特に施設型生産を中心とした都市農業の発展につながる事を期待している。レタス栽培とドジョウ養殖を組み合わせたアクアポニックス（水耕栽培と養殖を掛け合わせた次世代の循環型農業）。バイオマスのメタン発酵による資源循環型植物生産社会実装と実用化への可能性今後は大阪公立大学の植物工場研究センターで、物質循環型植物工場の開発研究を進めてゆく。また宇宙で人の生存環境を作るためにも、このような物質循環型の植物工場が重要な要素となる。将来における都市圏での人間活動および環境保全を持続的に両立させるための物質循環およびエネルギーの流れ特許論文参考URLキーワード物質循環とエネルギー有効利用を目指した植物生産システム、エネルギー・資源（2019）40(2)、134-138学術の動向(2016)2,87-91https://www.plant-factory.osakafu-u.ac.jp/物質循環、植物工場、廃棄物、メタン発酵、バイオガス、培養液、アクアポニックス、再生資源、都市農業
ライフサイエンスリンパ節内T細胞を指向するDDS［工学研究科］准教授児島千恵特徴・独自性合成樹状高分子デンドリマーは、①内部空間に薬効成分をそのまま内包することができる、②末端官能基を修飾して生体適合性や特異的送達を調節することか可能、③所望の分子サイズに設定し、均一に合成できる、などDDSとして優れた特徴を有する。今回、合成されたフェニルアラニン（Phe）修飾デンドリマーは、既存のアニオン性デンドリマーのようにリンパ節に集積するだけでなく、T細胞に能動的に取り込まれ、かつ癌細胞周辺の弱酸性ｐHで細胞内移行が高まった。近年注目されている癌の免疫療法においては、薬剤を免疫系細胞（特にT細胞）に到達させ、癌細胞の近傍で選択的に機能させることが重要とされており、癌免疫療法のDDSとして望ましい機能を備えていると考えられる。デンドリマーは、分子量の設定や末端基修飾も容易なことから、多機能性ナノキャリアとして医薬や診断薬への応用が期待されている。デンドリマー投与マウスのリンパ節免疫細胞のFACS解析デンドリマー末端構造によって免疫細胞への取り込みが変化する。フェニルアラニン末端ではT細胞への取り込みが見られ、CD3＋CD4細胞（ヘルパーT細胞）、CD3＋CD8細胞（キラーT細胞）への移行も観察された。社会実装と実用化への可能性癌免疫療法で用いられるニボルマブなど免疫チェックポイント阻害剤は、著効が報告される一方で、奏効率は概ね30％以下、重篤な副作用も報告されている。本DDS技術の応用と今後の検証により、薬効／安全性の向上等が期待される。Phe修飾デンドリマーは①４℃より３７℃で取り込みが向上（細胞内への能動輸送）→細胞表面ではなく、細胞内部へのデリバリーが可能②ｐＨ６で取り込みが向上（弱酸性環境での選択的取り込み）→がん細胞周辺は弱酸性環境なので、がん組織や周辺免疫細胞に選択的なデリバリーが可能リンパ節内の細胞内部にデリバリーできるナノメディシンを開発し、モデル薬物や核酸のデリバリーを現在実施中特許論文参考URLキーワード特願2019-206377（公立大学法人大阪）2019.11.14出願PCT出願済１，Bioorg.Med.Chem.Lett.331277262021２，Polymers,1214742020３，Int.J.Pharm.,576,1190212020４，Nanomedicine11(8)2119-272015http://xn--kyoindb-0m2lw49g.osakafu-u.ac.jp/html/100638_ja.htmlhttps://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=200901085327363615https://www.osakafu-u.ac.jp/press-release/pr20220126/デンドリマー、アニオン性、酸性基、フェニルアラニン、T細胞、リンパ節、DDS、癌、免疫系、細胞内移行、癌免疫療法
エネルギー磁界振動発電─IoT端末向け電源─［工学研究科］准教授吉村武特徴・独自性圧電効果を用いた振動発電において、理論出力に迫る高い効率で振動が持つ運動エネルギーを電気エネルギーに変換できるようになってきた。そこで、圧電素子を小型の発電機として利用することを着想し、電線を流れる電流から導体に接触することなくエネルギーを取り出すことができる素子を開発した。この技術によりコンセントの位置を気にすることなく、IoT端末のような小型電子機器の設置が可能になる。社会実装と実用化への可能性交流電流が流れる電線の近くに設置するだけでmWクラスの発電が可能なエネルギーハーベスティング（環境発電）技術である。電線の周りに発生する磁界を利用するので、絶縁被膜が不要。そのため、電気工事が不要で容易に後付けが可能、高圧電線でも漏電の心配がなく安全性が高い、完全密閉が可能で周囲の環境の影響を受けない等の特徴を有する。本発電技術は、屋外、地下、水中などの過酷環境でも利用可能であり、民生/産業用IoT端末の電力供給源として最適である。本技術の特徴は、出力電圧が10V程度、発電量は1mW程度、電線の横に設置するだけ、電線電圧に無関係、完全密閉可能と言ったものである。適用分野としては、緩やかな現象や突発的な現象の遠隔監視，常時監視，Bluetooth等の無線通信用電源，エンターテイメント，生産設備、農業、過酷環境、等、多くの可能性が有る。特論許文参考URL特開2020-114136【発明の名称】発電装置、送信装置及び発電方法【発明者】吉村武他PiezoelectricenergyharvestingfromACcurrent-carryingwireTakeshiYoshimura,KyoheiIzumi,YuyaUeno,ToshioMinami,ShuichiMurakami,NorifumiFujimuraJapaneseJournalofAppliedPhysics,58（SL）,2019キーワード圧電効果、振動発電、圧電素子、圧電体、交流、電線、発電、エネルギーハーベスティング、磁界、磁力線、非接触発電、小型発電機
参考URLキーワード論文特許https://researchmap.jp/tetsu6up・UedaT,etal.Tailorededucationprogramusinghomefloorplansforfallspreventionindischargedolderpatients:Apilotrandomizedcontrolledtrial.ArchGerontolGeriatr.2017;71.・UedaT,etal.Effectivenessofatailoredfall-preventionprogramfordischargedolderpatients:amulticenter,preliminary,randomizedcontrolledtrial.IntJEnvironResPublicHealth.2022;19.転倒予防，転倒リスク，住環境整備，リハビリテーション特徴・独自性転倒は、高齢者にとって健康寿命や生活の質の維持・向上を阻害する要因である。転倒要因は内的要因と外的要因に分けられる。昨今では、転倒予防戦略において外的要因の一つである住環境整備の有効性が報告されており、エビデンスも構築されてきている。しかし、従来の住環境整備はトイレや浴室等の段差改修や手すり設置を中心としたものであり、転倒が最も多い居室を含めた生活動線内において安定した歩行のための具体的対策が取られていない。現在、生活動線内にある転倒リスク要因に着目し、特に自宅退院する高齢の整形外科疾患患者の転倒リスク低減のための新たな基盤開発を行っている。具体的な取り組みとして、退院患者に対して自宅見取り図を用いた転倒予防指導を行い予防効果を報告している。また、大阪府内の空き家を有効活用し、高齢者の自立した生活を地域で包括的に支える住宅の計画提案（府営住宅改修プロジェクトなど）を、理学療法士としての動線計画に着目し行っている。社会実装と実用化への可能性高齢者の20～30％は年に１回は転倒し、退院した高齢者は40～50％が半年で１回は転倒すると報告されている。生活動線内にある家具・建具の移動介助的機能（手すりの代替機能を持つ机・棚や、椅子の代替機能を持つ棚等）にも着目し、リビングラボへの応用を通じて、転倒予防効果の向上につなげたい。［総合リハビリテーション学研究科］助教上田哲也住環境整備に着目した転倒予防戦略とリビングラボへの応用ソーシャルイノベーションライフサイエンス福祉住環境から検討した転倒予防府営住宅改修プロジェクト精神への配慮身体機能への配慮その他馴染み交流自然を感じる居場所を作るバリアフリ4コンパクトアフ:4ダンス生活環境すこし特別な日常の演出プライバシ4自宅での日常の延長地域らしさの演出施設らしさの払拭風・日光・景色趣味の場所食事をする場所来客を招く場所共用空間の充実外へ出るきOかけづくり行動範囲がコンパクト動線計画がスマcト落ち着く広さ身体寸法にあOた家具転倒などの防止各室の非均質化収納のわかりやすさトイレの扉や照明スイÜチの場所寒冷温熱温度への配慮明るさへの配慮インテリアの工夫各室に鍵の設置視線問題音問題窓際の熱環境冷暖房機の配置理学療法士として動線計画に着目し、屋内での転倒予防を図る提案を行った
Bacillusspore（耐熱性芽胞）γ線電子線X線UV（C-A）静菌作用殺菌作用ライフサイエンス殺菌ストレス起因損傷菌の動態解析と応用［工学研究科］助教朝田良子特徴・独自性近年、食品製造において、殺菌処理後に生残する損傷菌の発生と、それによる食中毒・腐敗のリスクの問題が注目され、対策が求められている。本研究では各種殺菌処理における殺菌ストレスに着目し、損傷菌の特性を明らかにするとともに、損傷菌の検出・計数法の確立と、発生要因、回復機構の解明を行っている。当研究グループで構築した増殖予測モデリングに加え、損傷菌の類型に応じた予測モデリングを新たに構築し、保存・流通過程における損傷菌発生予測モデルの社会実装を目指している。また、食品ロス低減のために、消費期限の延長や腐敗を防止するための微生物制御が必要であり、各種殺菌ストレスに対する損傷・修復メカニズムの解析を進め、損傷菌の発生を抑制する標的の特定と、各種殺菌処理を併用した複合殺菌プロセスの構築を目指している。現在、細菌胞子を用いて損傷修復様式の解析を行っており、DNA損傷修復ではRecA、YkoV/U、SspA、SspBの関与を見出した（未発表）。社会実装と実用化への可能性食品製造やフードチェーンにおける下記課題に対応しうる知見である。・HACCP対応食品衛生の高度化管理・品質保証、高品質食品製造・食品安全リスクアセスメント・損傷菌を考慮した複合殺菌処理・制御技術損傷菌とは；損傷菌とは端的には傷ついた菌を意味し、食品製造における殺菌・加工処理など物理的・化学的なストレス環境にさらされて、細胞の構造や機能に傷害を負った微生物である。損傷菌の一部（亜致死的損傷菌など）は、殺菌処理後も生残し、修復反応により回復するため、食品衛生分野で問題とされる。・損傷菌の検出法：DiVSaL法（DifferentialinViabilitiesbetweenSolidandLiquidMedia）＝差分培養法では、①未損傷菌と復活可能な損傷菌とを含む総生存数（IV）※および②損傷菌数を除いた未損傷菌のみの生存数（CFU）を求め、それらの差から損傷菌数を算出する。※発育遅延解析（growthdelayanalysis;GDA）法による換算生存率（integratedviability:IV）・増殖曲線に基づく損傷菌の動態解析：KagakutoSeibutsu59(2):64-74(2021)加工調理（加熱殺菌）保存・流通修復機能発現～微生物汚染対策によるフードロスの削減～耐熱性芽胞の制御（損傷菌抑制）によるアプローチ（従来）腐敗・変敗⇒廃棄（ロス）損傷修復の解明標的の特定損傷・生残増殖複合処理損傷菌抑制修復機能抑制損傷菌を制御する新規複合殺菌プロセス；従来の殺菌法（加熱等）では、損傷から回復する菌の影響で、多くの食品ロスが発生してる。これに対し、紫外線などの物理処理や各種薬剤処理などを併用して、損傷菌の発生、修復反応を抑える新規複合殺菌プロセスの制御理論を研究開発している。これにより、保存・流通過程における食品ロスを削減し、持続可能な社会の実現に貢献することを目指す。細胞死（新規）照射薬剤処理日持ち向上・予測向上⇒ロス削減論文参考URLキーワード１，朝田良子ほか，化学と生物,vol.59(2),64-74,2021年２，Khanh.C.etal.,BiocontrolSci.,26(4),211-215,2021年３，Tsuchido,TBiocontrolSci.,22,131-135,2017年http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/110390_ja.htmlhttps://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=201801017227464001損傷菌、殺菌ストレス、加熱処理、紫外線処理、薬剤処理、DiVSaL法、食品衛生、腐敗、食中毒、予測モデリング、DNA修復
ライフサイエンスソーシャルイノベーションバイオエコノミー都市農業への挑戦［生命環境科学研究科］教授横井修司特徴・独自性21世紀の循環型社会を駆動するバイオエコノミーを担う人材の育成、教育・研究フィールドを中心とした産学官連携モデルの実証研究、社会への情報発信などを、多分野の融合によって実現するための農学教育拠点を形成する。全国の農学系大学に先駆けてバイオエコノミーに関わる教育カリキュラムを実行する。本研究は以下の3分野を中心的な活動の場とする。１．スマート農業（脱炭素社会における都市農業生産）植物のゲノム育種、有用形質のデジタル化とビッグデータ取得、メタン発酵による廃棄物有効利用などを課題とする。２．スマートセルインダストリー（化学産業プロセスからの脱却）バイオエコノミーの重要な要素技術の一つは、化石資源と有機合成に依存せず、医薬品やバイオプラスチックなどの工業原料を生産することにある。これらの取り組みの多くは、すでに実施中である。３．食料分野（食品安全性研究）遺伝子組換え・ゲノム編集の社会受容など社会実装と実用化への可能性生命環境科学域教員が中心となって、工学域、現代システム科学域の協力のもとに、学際的な農学系教育と共同研究の拠点形成、新たな方向性提示やリーダー育成を目指す。伝統的農業と、再⽣可能エネルギーとICTやAIを駆使する都市農業の融合で、新たな都市農業の実現、⾼付加価値化や⼤阪ブランドの創出に貢献する。特論許文参考URLキーワードバイオエコノミー、循環経済、農学教育、都市農業、都市農業、スマート農業、再生可能エネルギー、バイオマス、ビッグデータ、スマートセル、遺伝子組換え、ゲノム編集
ナノテクノロジー・材料サブナノを目指すリソグラフィの分子シミュレーション［工学研究科］准教授安田雅昭特徴・独自性半導体微細加工技術は、現在10nm以下のプロセスでのチップの量産が行われており、1nmプロセスまで見据えたロードマップも示されている。このサイズの加工技術では、パターンサイズがレジスト材料の分子サイズと同程度になるため、分子レベルで加工パターンの形状予測をする必要がある。本技術は半導体のナノスケールリソグラフィを対象とし、レジスト材料を構成するポリマー分子の構造を考慮し、簡単なランダムサンプリング法に基づいて放射線照射下のレジストの化学反応をモデル化した分子シミュレーションで、従来技術では再現されなかった分子構造を反映したパターン形状の再現が可能である（図１）。図２に各種リソグラフィ技術への本技術の適用例を示す。電子線、極端紫外線（EUV）、光ナノインプリント等、多様なリソグラフィ技術のレジスト材料、プロセス設計が可能である。図３は、極端紫外線リソグラフィにおけるレジストの分子レベルの構造変化、パターン形状評価への適用例を示す。本技術は、各種リソグラフィのためのパターン形状予測や最適プロセス設計、レジスト組成や分子サイズなどの材料設計に有用である。図1．本技術（分子シミュレーション）の背景と概要図２．各種リソグラフィ技術への本技術の適用例社会実装と実用化への可能性本技術は、各種リソグラフィのプロセスシミュレータ、半導体レジストの材料設計ツール、光造形技術の材料・プロセス設計等に応用が期待できる。図３．極端紫外線（EUV）リソグラフィへの適用例特許論文参考URLキーワードStochasticsimulationofpatternformationinelectronbeamlithography,JournalofVacuumScience&TechnologyB36,06JA04（2018）.ComputationalStudyofPatternFormationforChemicallyAmplifiedResistsinExtremeUltravioletLithography,JournalofPhotopolymerScienceandTechnology,Volume32,Number2,339－343,（2019）リソグラフィ、分子シミュレーション、サブナノ、ナノスケール
ライフサイエンススポーツサングラスの使用状況とかけ心地の数値化［高等教育推進機構］准教授吉井泉特徴・独自性屋外スポーツでは紫外線の影響が指摘されている。紫外線は、皮膚に対する悪影響、生体の免疫機能の低下、眼に対する悪影響が広く知られており、眼の保護やまぶしさに対する視認性確保のためにサングラスが使用されている。スポーツ選手（陸上長距離，ゴルフ）を対象としたサングラスに関する調査によると、その選択基準はデザイン・メーカー・レンズ色・価格が上位を占めている。その一方で、不満やトラブルとしてフィット感が悪い（ずれる）ことを指摘する選手が多い。特に陸上長距離では、身体の上下・前後の動きが激しく、天候や発汗の影響を受けやすいことから、フィット感に対する要求が高い。本研究では、不満があるものの選択基準とはなっていないフィット感に着目し、サングラスのかけ心地を数値化することを目的としている。かけ心地は顔のかたちに合わせた調整で決まり、現状その調整度合いは眼球技術者の感覚と使用者の実装感という主観評価に基づいている。我々は、サングラスのフレームの鼻部・後頭部にセンサーを張り付けて装着時のせん断荷重を計測し、この計測結果からかけ心地を数値化する手法に取組んでいる。社会実装と実用化への可能性本手法により、サングラスのかけ心地を客観基準で評価することが可能となり、使用時の不満やトラブルの解消につなげることが期待される。特許論文参考URLキーワード1）吉井泉，石垣尚男，河村剛光：大学・実業団陸上競技選手のスポーツサングラスの使用実態，愛知工業大学学研究報告，51，116-120，2016．2）吉井泉，石垣尚男，河村剛光，鶴原清志：ゴルフ競技者のスポーツサングラスの使用実態，愛知工業大学学研究報告，52，124-130，2017．サングラス、かけ心地、フィット感、数値化
ライフサイエンス運動機能の改善を目指した視覚機能トレーニング［高等教育推進機構］准教授吉井泉特徴・独自性人間は視覚的な情報をもとに、ほとんどの動作や行動を決定しているが、特にスポーツにおける「眼」の働きは非常に重要であるといえる。本研究では人間の身体行動（特にスポーツ行動）と視覚的問題を科学的にとらえる「スポーツ視覚学」の研究を行っている。視機能の測定から、電気生理学的手法を用いて個人の特徴の分析や加齢影響の検討、さらに視機能トレーニングの開発と実践にも取り組んでいる。社会実装と実用化への可能性身体動作は、視覚情報の入力と処理で規定される。そのため、視覚機能トレーニングにより身体動作の改善効果が期待される。本研究では、Visionupを用いた視覚負荷トレーニングや、QuickStepTrainerによる認知運動機能トレーニング、等のトレーニング法を開発し、その効果確認や改良に取り組んでいる。Visionupトレーニングは、液晶のon/off（10Hz）で視覚情報を制限（断続的に見える）するもので、またぎ越し歩行速度が向上（歩行のスピードup）、遊脚期下降期割合が向上（またぎ越し動作の効率化）、視線配置距離が伸長（視線の先行的配置）、等の効果が確認できた。QuickStepTrainerは、視覚刺激に対して、下肢で反応させるもので、下肢運動機能改善が期待され、高齢者の運転、転倒防止、リハビリに有効であり、また、エンタテーメントツールとしても活用できる。特許論文参考URLI.Yoshii,Y.Majima:ShutterGoggleEffectsonRestrictingVisualInformationduringGaitMotionbyElderlyPeople,Proceedingsofthe6thAsianConferenceonInformationSystems,220-223,2017.http://www2.las.osakafu-u.ac.jp/outline/teacher/yoshii.htmlキーワード視覚、視機能、身体動作、トレーニング、Visionup、視覚負荷、QuickStepTrainer、またぎ越し、歩行速度、視線、視覚刺激、下肢運動機能
ライフサイエンスイネ種子のγ-オリザノール含有量を規定する因子の解析［生命環境科学研究科］教授横井修司特徴・独自性γ-オリザノールは米胚芽や米ぬかに高濃度で含まれるポリフェノールの一種で、血行促進・自律神経失調症や脂肪異常症の改善・抗酸化作用・紫外線防御作用など多彩な作用を持つ。安全性も極めて高いため医薬品や化粧品に使われているが、十分に利用されていない未利用資源である。γ-オリザノールは従来育種のターゲットとされてこなかったため、我々はγ-オリザノールを多く含む品種を作出する事を目的に，その含量を規定する因子の解明を目指している。約120品種の世界中のイネ（コアコレクション）を用いて、形態学的解析を行ったところ、ぬか層の厚さがγ-オリザノール含量と関連する可能性を見出した。更に分子遺伝学的解析を行ったところ、種子の発達中に発現量の異なる遺伝子を見出した。現在、γ-オリザノール含量を規定する候補遺伝子の変異株をゲノム編集で作成し、更に解析を進めている。もみの横断面社会実装と実用化への可能性γ-オリザノール含量を規定する因子の解明により、高含量品種の作出が可能となる。高含量は子孫に受け継がれるため、γ-オリザノール高含量品種と別の優良品種とを交配して付加価値を高めることも可能である。得られたγ-オリザノールは様々な産業分野に利用可能である。またこのような活動を通して、日本の穀物生産の安定化や持続可能な農業に貢献できる。世界のイネの形態学的解析。コアコレクションを用いγ-オリザノール顔料と相関す形質を探索した。イネコアコレクションの遺伝子発現解析。種子の発達中に発現量の異なる遺伝子を見出している。特論許文参考URLキーワードγ-オリザノール、農業、イネ、育種、米ぬか、健康食品、医薬品、化粧品、遺伝子解析
ライフサイエンスソーシャルイノベーション高齢者の歩行機能向上のために［総合リハビリテーション学研究科］教授岩田晃特徴・独自性本研究室では，高齢者からスポーツ選手に至るまで，運動パフォーマンスの向上を目的とした，様々な研究に取り組んでいます。特に高齢者の「歩行速度向上」は重要なテーマの一つで，規定要因分析や介入研究を行なっています。これまでに，歩行速度の規定要因として，下肢の筋力以上に，「体幹を素早く動かす能力」が重要であることが明らかになってきました。右に示す図はこの能力を評価するために我々が開発したSeatedSideTappingtest(SST)です。SSTは，歩行速度との関連が強く，またSSTをトレーニングとして用いることで，歩行速度が即時的に，また一定の介入で向上することをしましました。さらに，体幹に限らず，無負荷で膝関節や足関節などの下肢関節の曲げ伸ばしを速く行う能力「運動速度」が，歩行にとって筋力と同等以上に重要であることも分かってきています。SST(Iwataetal,2012)両側に設置したマーカーを出来るだけ速く左右交互に10回叩くのに要した時間を計測SSTの介⼊効果（術後患者の歩⾏速度が向上）(Sanoetal,2020)社会実装と実用化への可能性これまでの研究過程で，SSTをはじめとして，四肢・体幹の「運動速度が速い人」は，歩くのが速く，バランス能力が高く，転倒しにくいということが明らかになってきています。この結果に基づくと，運動速度を向上させるような運動プログラムや装置を開発することによって，高齢者の歩行機能を向上させることが可能になるとの仮説を立てています。(Honmaetal,2022)SSTの即時的効果（歩⾏速度が即時的に向上）特許「骨盤傾斜角度推定方法および推定システム、推定補助具、推定用ベルト」特願2022-016721号論文参考URLQuicklateralmovementsofthetrunkinaseatedpositionreflectmobilityandactivitiesofdailyliving(ADL)functioninfrailelderlyindividuals.ArchGerontolGeriatr.キーワード高齢者、歩行機能、歩行速度、体幹、SST、筋力、運動速度、転倒、バランス、筋機能
ナノテクノロジー・材料高精度なナノスケール細孔を有する有機無機複合ナノシート─ヘテロナノ構造を利用したエネルギー材料の創製─［工学研究科］准教授牧浦理恵特徴・独自性同じ物質でもナノメートルサイズになると、従来の大きなスケールでは見られなかった性質が現れることがある。また、異なるナノ材料を組み合わせることで（ヘテロナノ構造）、さらに多様な機能の創出が期待できる。本技術は、ナノ構造を構築する基本構成要素として有機分子や無機物のナノ粒子やナノシートを準備し、これらを積み木細工のように組み上げていくことで新しい材料を創製する。例えば、常温常圧下で水面上にナノシートの構成要素となる有機分子を含む溶液を滴下するという極めて簡便な方法で、多孔質のナノシートを作製している。特に、水素や二酸化炭素を効率良く分離する膜、太陽光や熱などを用いた再生可能エネルギー作るための材料や、２次電池などエネルギー安全に貯蓄するための材料の研究に注力している。研究内容は、有機分子の自己組織化を利用したナノヘテロジャンクション有機太陽電池の創製、金属錯体を基盤材料とした有機–無機複合ナノシートの創製、電荷の移動パスと規則細孔を有し、電子状態が段階的・可逆的に制御可能なナノシートの創製、分子性フレーム材料を用いた２次電池の界面制御とイオン伝導体の創製である（図２、図３参照）。図１．ナノ構造のカテゴリー図２．本技術の研究テーマ１、２社会実装と実用化への可能性本技術の応用としては、ガス分離膜、水処理膜、太陽電池、２次電池、センサーデバイス等に期待される。図３．本技術の研究テーマ３，４特許論文参考URLキーワードWO2011/086931、3次元構造体およびその製造方法Air/LiquidInterfacialNanoassemblyofMolecularBuildingBlocksintoPreferentiallyOrientedPorousOrganicNanosheetCrystalsviaHydrogenBonding,ACSNano2017,11,11,10875–10882.Liquid-phasestep-by-stepgrowthofanironcyanidecoordinationframeworkonLiCoO2particlesurfaces,DaltonTrans.,2015,44,15279-15285.有機-無機複合材料、ナノ材料（ナノシート,ナノ粒子）、液相合成、配位高分子（MOF）、ナノサイズ効果
ライフサイエンス情報通信健康経営推進に向けた産学連携によるデータヘルス［看護学研究科］教授森本明子特徴・独自性現代の日本社会は「働く世代の慢性疾患（糖尿病や高血圧等）増加」と「労働力不足」という大きな課題に直面している。勤労者は忙しく、医療者との対面での指導・支援に十分な時間がとれない者も多い。そのため、勤労者の健康維持・増進を「人的な資本に対する積極的な投資」と捉える健康経営への関心が高まっている。データ分析に基づいた職場環境改善の取組みや、ICTを活用した勤労者の健康支援の必要性が増している。本研究では、大学と企業が産学連携協定を締結し、2018年に、労働関連因子、身体面（血液検査等）、行動面（生活習慣、外来受診行動、服薬行動等）、心理面（ストレス等）に関する調査を実施。調査に同意の得られた約7,000名のデータを分析し、対象企業の従業員の健康課題（優先順位の高い5課題）を抽出して、データヘルス計画に向けた対策の提案などを行っている。社会実装と実用化への可能性慢性疾患の発症・重症化予防に重要な労働関連因子を検討しており、今後、データ分析に基づいた職場環境改善の対策立案に繋げる取り組み、加えて、ICTを活用した勤労者の健康支援方法の開発に繋げる取り組みを行っている。本研究の適用分野としては、健康経営推進、勤労者のデータ活用、データヘルス、健康×ICT、アプリケーション開発などが想定される。特論許文SonodaN,etal.Work‑relatedfactorsrelatedtoforgettingtotakeoraldiabetesmedicationduringtheworkingdayamongJapanesemaleemployeeswithdiabetes.DiabetologyInternational.2021.MorimotoA,etal.Associationsamongwork-relatedstressandmentalfatigue,andregularexerciseinJapaneseemployeeswithorwithoutdiabetes.DiabetologyInternational.2019.参考URLhttp://www.iao.osakafu-u.ac.jp/urahp/キーワードデータヘルス、ヘルスデータサイエンス、データ分析、働く世代、勤労者、健康経営、健康維持・増進、慢性疾患、職場環境、労働関連因子
エネルギープラズマ複合プロセスを用いた排ガス処理技術［工学研究科］准教授黒木智之特徴・独自性燃焼機器の排ガス処理として触媒還元法等が実用化されているが、アンモニア等の有毒ガスが必要であるとともに触媒活性化のため排ガス温度に制約があり、また運用コスト面での課題もある。排ガス処理に大気圧プラズマを用いる方法もあるが、プラズマを単独で使用する場合は大量の電力を必要とするため、実用的ではない。本研究では、窒素酸化物（NOX）硫黄酸化物（SOX）揮発性有機化合物（VOC）等の大気汚染物質を対象として、プラズマに化学薬剤や吸着剤を併用した大気圧非熱プラズマ複合プロセスによる排ガス処理技術を確立した。本技術は触媒を必要とせず、化学薬剤との併用によりNOXとSOXの同時処理が可能であり、NOX処理の従来技術である選択触媒還元法と比較してランニングコストが1/4となる。また、VOC処理に関しても、吸着剤との併用により濃縮や分解の効率化が期待できる。社会実装と実用化への可能性本技術は、これまでにNOX・SOX・粒子状物質(PM)・VOC（トルエン，キシレン）・N2O（麻酔ガス）・臭化メチル等で実績を積んでいる。触媒還元法等の従来技術の代替とともに、設置スペースや運転コストの問題でこれまで排ガス処理の適用が困難であった小型ボイラーやディーゼル発電機等への展開や、排ガス処理装置の完備していない新興国への展開が期待できる。特許論文参考URLキーワード黒木他，電気学会論文誌A，130，10，pp.885-891，2010.T.Kuroki，etal.，IEEETrans.Ind.Appl.，47，4，pp.1916-1921，2011.排ガス処理、プラズマ、ボイラー、内燃機関、窒素酸化物、NOX、硫黄酸化物、SOx、揮発性有機化合物、VOC
情報通信機械学習・理論計算・フロー光化学に基づく有機半導体材料の新規開発［工学研究科・応化］教授池田浩特徴・独自性従来の有機半導体（OSC）の開発の多くは、材料合成から始まり、次にデバイス評価を行い、最後に計算による理論的補足を行う例が多かった。しかし、この手法ではすべての材料をデバイス化する必要があるなど、非効率的である点は否めない。有機半導体の理想的な開発プロセスは、理論と分子シミュレーションによる性能予測、効率的な有機合成、そしてデバイス作製と評価というサイクルからなる（図１）。本研究では、有機半導体の候補としてアルキル置換テトラチエノナフタレン誘導体に注目し、まず機械学習やQM/MM法に基づく独自の分子シミュレーションで誘導体のアモルファス固体の正孔移動度を予測した（図２）。そして実際にその誘導体を合成し、その有機電界効果トランジスタ（OFET）の正孔移動度を測定する（図３）という、有機半導体の効率的な研究開発モデルを示した。結果として、正孔移動度の予測値と実測値がよく対応し、この分子シミュレーションに端を発する研究開発モデルは有機半導体の効率的な開発手段となることを示した。図１．有機半導体の効率的な研究開発モデル図２．分子シミュレーション（理論計算・機械学習）社会実装と実用化への可能性本研究開発プロセスは、有機デバイスの研究開発、分子シミュレーションの活用、先端材料の合成プロセス開発、グリーン有機合成手法の開発、材料のハイスループットスクリーニング等に応用が期待される。図３．フロー光化学による有機合成、OFET作製・特性評価特許論文参考URLキーワードチオフェン縮環型ナフタレンの有機薄膜トランジスタ特性に対するアルキル置換基の効果：分子シミュレーション，合成，およびデバイス評価、J.Jpn.Soc.ColourMater.,90〔7〕，233–237（2017）.AmorphousSolidSimulationandTrialFabricationoftheOrganicField-EffectTransistorofTetrathienonaphthalenesPreparedbyUsingMicroflowPhotochemicalReactions;ATheoreticalCalculation-InspiredInvestigation,J.Org.Chem.2016,81,8,3168–3176.有機半導体材料、アモルファス固体分子シミュレーション、キャリア移動度、フロー合成法、機械学習、理論計算
ナノテクノロジー・材料近赤外分光法による材料表面の分析［工学研究科］准教授竹内雅人特徴・独自性中赤外光を用いるFT-IR分光法では、水溶液や含水試料の分析が難しい。一方、穀物・果物・木材・土壌の分析などに用いられる。近赤外分光法は、含水率の高い試料分析に適している。この特長を活かし、酸化物表面の吸着水の水素結合状態を大気雰囲気で測定し、表面濡れ性との関連性を明らかにした。図１はCu2＋ゼオライト（触媒材料）をNH3水蒸気に暴露したサンプルのNIRスペクトルを示す。NH3、H2Oの吸着がわかる。図２は近赤外分光法による触媒表面に吸着した分子クラスター種の構造評価を示す。吸着水の水素結合状態より表面濡れ性や、吸着したNH3、NH4＋の分析より表面の酸点構造の評価ができる。図３は近赤外および中赤外測定装置を示す。大気雰囲気で含水試料に、任意のガスを流しながら吸着や触媒反応の過程を測定できる。社会実装と実用化への可能性本技術は、近赤外分光法の特長を活かし、水分子の水素結合状態解析、含水試料の分析、生体試料の分析が可能で、・触媒表面の分析（水蒸気共存条件）・吸着材の表面分析（大気雰囲気、ガス流通条件）・蓄熱材料の分析（千葉大学劉先生と共同研究）・機能性高分子材料の表面分析(高分子材料表面の官能基)・血中蛋白質除去用吸着材の表面分析(アルツハイマー病の治療法検討：藤田医科大学北口先生と共同研究）への応用が期待される。図１．Cu2＋ゼオライトに吸着したNH3、H2OののNIRスペクトル図２．近赤外分光法の触媒表面に吸着した分子クラスター種の構造評価図３．近赤外および中赤外測定装置特許論文キーワードInvestigationontheMechanismsofMg(OH)2DehydrationandMgOHydrationbyNear-InfraredSpectroscopy,J.Phys.Chem.C,125,10937–10947(2021).SimultaneousAnalysesofHydrazineMoleculesandHydraziniumIonsinAqueousSolutionandAdsorbedonCatalystSurfacesbyNear-InfraredSpectroscopy,Chem.Lett.,48,738–741（2019）.InvestigationofNH3andNH4+adsorbedonZSM-5zeolitesbynearandmiddleinfraredspectroscopy,Catal.Sci.Technol.,5,4587–4593（2015）.近赤外分光法、吸着水、水和、触媒表面、表面分析
ライフサイエンスものづくり技術超微小量センシングのための高感度屈折率センサー［工学研究科］講師水谷彰夫特徴・独自性水の中に含まれるわずかな塩分などの超微小量をセンシングするための光学式屈折率センサを開発した。図１に本屈折率センサの概要を示す。金属表面上に共鳴格子と呼ばれるサブ波長周期構造（フォトレジスト製）を形成し、レーザー光を特定の偏光で入射すると反射率が急激に下がる入射角（共鳴角）が存在する。この共鳴角は格子上の液体やガスの屈折率の変化に応じて敏感にシフトすることから、屈折率変化を高感度に検知できる。入射角を固定した場合は共鳴波長シフトを検知することで屈折率測定が可能である。さらに反射光のTEとTM偏光の位相差を測定することでより高感度な測定が可能で、従来の表面プラズモン（SPR）センサよりも狭い半値幅なので高感度検出が可能である。回転ステージの分解能より求めた屈折率分解能1.8×１０-5（塩分濃度0.01％）である。本センサの応用として、図２に溶液屈折率サンサ、図３に、水素を吸収して屈折率が変化するパラジウムを用いた防爆型光学式水素濃度センサの例を示す。どちらも、従来のセンサに比して、高感度である。図１．高感度屈折率センサの概要図２．高感度溶液屈折率センサ社会実装と実用化への可能性図３．防爆型光学式水素センサ本センサは、従来に比して高感度測定が可能で、液体の濃度管理、異物混入監視、金膜上に抗体を設置してタンパク質やウイルスなどのセンシング、防爆型光学式水素濃度センサ等への応用が期待される。特許論文参考URLキーワード特許3711446号、波長フィルタHighlysensitiverefractiveindexsensorusingaresonantgratingwaveguideonametalsubstrat,AppliedOpticsVol.54,Issue13,pp.4161-4166（2015）.超微小量センシング、高感度屈折率センサー、共鳴格子
エネルギーものづくり技術粗さ面の流体抵抗予測に関する新技術［工学研究科］准教授桑田祐丞特徴・独自性不燃物が堆積した内燃機関内部や不燃物によって傷ついたタービン翼表面および海洋生物の付着した船底等、流体機械に生じる様々なタイプの粗さ面に生じる摩擦抵抗（流体抵抗）を正確に予測することで、実際の運用環境を再現したリアルな流動予測が可能となる。本研究は、流れ場において粗さのある面に生じる流体抵抗を高精度で予測する手法の開発を目的としており、粗さ面の形態にかかわらず汎用的に適用可能である。本手法は、粗さ効果をモデル化した流動方程式を解いているため、曲面に沿う流れ、回転系、剥離・再付着・衝突流れにおいて粗さ効果を取り入れることができ、また、従来の摩擦抵抗のみ次元解析モデル、RANS（Reynolds-averagedNavier-Stokesequation）型の時間平均モデル、LES（LargeEddySimulation）型の空間平均モデル等への実装が可能で、粗さ面を取り巻く複雑な流れ場の全体予測が可能となる点に特徴がある。社会実装と実用化への可能性本手法の具体的な適用例としては、船底メンテナンス工期の最適化、着氷による航空機翼やタービン翼の性能低下予測、内燃機関の付着堆積物による性能低下予測、流体機械の錆等の劣化による性能低下予測等が想定される。今後、実製品を対象とした検証とともに、プログラムコードの簡略化・演算高速化に取り組む。特許論文参考URLキーワード①DirectnumericalsimulationofturbulenceoverresolvedandmodeledroughwallswithirregularlydistributedroughnessYKuwata,YKawaguchiInternationalJournalofHeatandFluidFlow77,1-18②AnextensionofthesecondmomentclosuremodelforturbulentflowsovermacroroughwallsYKuwata,KSuga,YKawaguchiInternationalJournalofHeatandFluidFlow77,186-201流体抵抗、摩擦係数、流体解析、RANS、LES、DES
ナノテクノロジー・材料残渣フリーの熱分解性バインダー用ポリマー［工学研究科］教授松本章一特徴・独自性近年の電子機器等の急速な小型化・高機能化・高速化に伴い、電子部品や電子デバイスの微小化・高密度化・高集積化が求められている。精密で微細な電子回路やセラミックス、粉末金属等を形成するためには、適度な粘性を持ち、焼結工程で熱分解して、炭素を含む残渣を生じないバインダーが必要とされている。発明者らは、常温ではバインダーとしての効果を持ちながら、加熱により分解・ガス化して残渣の発生が極めて少ない熱分解性メタクリル酸エステルポリマーを開発した。本発明は、tert-ブトキシカルボニル（BOC）基を含むメタクリル酸エステルポリマー（BHEMA*を単独重合およびビニルモノマーと共重合して合成したポリマー）をバインダーとして用いることにより、高温焼結時に分解が促進され、かつ使用時の熱安定性を保持することが可能である。*BHEMA：メタクリル酸2-（tert-ブトキシカルボニルオキシ）エチル社会実装と実用化への可能性BOC基を含むポリマーは、加熱によりイソブテンおよびCO2を脱離するため、残渣を生じない。IC基盤や積層コンデンサーの製造に有用である。メタクリル酸エステル共重合体の熱重量分析ドリフト補正TG曲線A：500℃以上窒素雰囲気での熱分解条件下で、分解前の重量に対して重量残渣は1％以下B：iBMAとの共重合体では0.1％以下C：脱保護温度はコモノマーの種類やBHEMA含量に依らず一定（200-221℃）２段階目の分解（解重合）温度は、iBMA>DMA>MMA>tBMA（ホモポリマーも同様の順）本発明の熱分解性ポリマーは加熱分解時に気化するため、熱分解時の重量残渣を極めて少なくする事が可能であり、併せて⾼温での操作や取り扱いが可能、ガラス転移温度を広範囲で調整可能という優れた特徴を有する。電子回路スクリーン印刷、焼結用ポリマーペースト、発泡性ポリマー材料としての実用化が期待される。BHEMAは、様々なモノマーと共重合することで、コポリマーのガラス転移温度を-80℃から150℃の範囲で調節可能。特許論文参考URLキーワード特願2018-132746→特開2020-012013（公立大学法人大阪）１，PolymerDegradationandStability166,145-1542019.8２，J.Appl.Polym.Sci.2018,135（19）,462522018.1http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100949_ja.htmlhttps://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=200901028039718600バインダー、ペースト、熱分解、メタクリル酸エステルポリマー（BHEMA）、t-ブチルカルボニル（BOC）、メタクリル酸エステルビニルコポリマー、気化、無残渣、熱重量分析、ガラス転移温度
ライフサイエンスアニオン性ポリマーゲルを用いた生体組織透明化法［工学研究科］准教授児島千恵［工学研究科］教授松本章一特徴・独自性近年、生体組織の透明化技術は、組織中の細胞の所在やネットワークを三次元的にイメージングするための手段として注目を集めている。組織透明化法の一つであるCLARITY法は、高い透明性が得られることや、タンパク質への影響が小さいなどの利点を持つが、適用対象が脳などの組織に限られていることや、長時間の処理が必要などの課題があった。我々はCLARITY法を改良し、組織の固定に双性イオンをもつ高分子ゲル（AAm/DAPSの共重合ゲルPMPCゲル）を用いると、透明化を阻害する光散乱の原因となる脂質が容易に除去できる事を見出した。これにより、従来は４週間以上かかった脂質の除去工程が、１週間程度にまで短縮された。またCLARITY法は脳など脂質の多い組織への適用に限られていたが、本手法はがん組織などの繊維質の多い組織にも適用可能である。また蛍光タンパク質を褪色させず、従来と同程度の蛍光シグナルの観察が可能である。このように本手法は、CLARITYの利点を保持しつつ、処理時間の短縮と適用可能な組織の拡大を可能とする生体組織透明化法である。組織透明化プロセスにおける双性イオンの効果。AAm/DAPSの共重合ゲルやPMPCゲルなどの双性イオンゲルには、カウンターイオンが多数存在するため、浸透圧が高くなって脂質除去が促進（透明化が促進）されると考えられる。脳の血管網の3D蛍光イメージング。マウス脳サンプルを透明化処理し、FITC標識抗αSMA(血管平骨筋マーカー）抗体にで免疫染色した。CUBIC-R（屈折率を調節するオイル）に浸漬後、光シート顕微鏡で撮影した。PAAmとPMPC組織包埋ゲルで良好に血管網を観察できた。社会実装と実用化への可能性本手法は、病変部を見落とすことなく確実に検出するために利用できるほか、腫瘍組織の全体像把握に用いることができる。また将来的には、AIを利用した画像診断技術との融合も考えられる。肺転移モデルの3D蛍光イメージング。同系腫瘍肺転移モデルにおいて、マウス肺を透明化後、ヨウ化プロピジウム（PI）で核を染色した。転移巣が明瞭に検出できる。特許WO2019/009300生体組織透明化法及びその試薬論文https://www.osakafu-u.ac.jp/press-release/pr20210803/参考URLキーワードhttps://shingi.jst.go.jp/list/list_2021/2021_3kansai.html#20211109X-006生体組織透明化、CLARITY法、迅速化、脳、がん、診断、三次元イメージング、蛍光イメージング
ライフサイエンス難水溶性薬剤に対する新規DDSの開発［生命環境科学研究科］教授乾隆特徴・独自性ヒト脳脊髄液中に存在し、生体内の疎水性低分子運搬タンパク質であるリポカリン型プロスタグランジンD合成酵素（L-PGDS）を利用し、難水溶性薬剤用DDSを開発した。L-PGDSは、疎水性低分子（リガンド）結合部を囲むような樽型の立体構造（内側は疎水性、外側は親水性）を有し、疎水性薬物を包接させることができる。リガンドを取り込むとL-PGDSのサイズは約１割小さくなり、コンパクトにパッキングされる。以下①～⑨の利点を有する。①抗原性がない、②難水溶性薬剤を生理的条件で可溶化できる、③幅広いpH領域で安定（pH2˜pH8）、④血管壁通過／深部組織到達が可能、⑤ペプチド付加による標的指向能付与が可能、⑥酸化還元応答による薬剤放出制御ができる、⑦凍結乾燥による長期保存が可能、⑧経口投与用腸溶剤や静脈内投与製剤のDDSとして利用可能、⑨分子ドッキングシミュレーションにより可溶化できる難水溶性薬剤を探索できる。リポカリン型プロスタグランジンD合成酵素（L-PGDS）は、疎水性低分子（リガンド）結合部を囲むような樽型の構造で、樽型構造内は疎水性、外は親水性となっている。ヒト由来のタンパク質であるため、抗原性がなく、難水溶性薬剤（導入可能な薬物の分子量：～約850程度）を生理的条件下(pH7.4)で可溶化でき、幅広いpH領域で安定（pH2˜pH8）である。また、薬剤複合体のサイズが小さい（L-PGDS分子１個の大きさ：約5nm程度）ため、血管壁通過による深部への到達が期待できる。L-PGDSの多量体の作成により、サイズを大きくすることも可能。酸化還元応答による薬剤放出制御L-PGDSの樽型構造のポケット入口にS-S結合を導入して入口を閉じておき、細胞内に取り込まれた後、細胞内の還元的環境によりS-S結合が外れて薬剤が放出されるように設計できる。社会実装と実用化への可能性本発明により難水溶性化合物の医薬開発が容易になり、既存難水溶性薬剤のDDSによる改良も期待できる。分子ドッキングシミュレーションによる本発明に適した難水溶性薬剤の探索テルミサルタン、SN-38、ラパチニブ、MCC-555はL-PGDS包接により水溶性が大幅に増加し、その効果は水溶性の高い可溶化剤HP-ß-CD(2-Hydroxypropyl-ß-cyclodextrinよりも優れていた。特許論文参考URLキーワード特開2008-120793→特許第5099545号（公立大学法人大阪府立大学）特開2013-162760→特許第5892648号（公立大学法人大阪府立大学）１，JournalofPharmaceuticalSciences105(9)2735-27422016２，ChemMedChem12(20)1715-17222017３，MolecularPharmaceutics14(10)3558-35672017４，JournalofPharmaceuticalSciences105(9)2735-27422016５，JournalofControlledRelease159（1）143-1502012http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100644_ja.htmlhttps://researchmap.jp/sayaka123/リポカリン型プロスタグランジンD合成酵素、L-PGDS、難水溶性薬剤、DDS、テルミサルタン、SN-38、ラパチニブ、血管壁透過
ライフサイエンスヤセウツボ等の根寄生植物の防除剤開発［生命環境科学研究科］准教授岡澤敦司特徴・独自性農作物の根に寄生し養分を奪う根寄生植物は、農業に甚大な被害を及ぼしている。トウモロコシなど穀物の根に寄生するハマウツボ科ストライガは、アフリカで約３億人の暮らしに影響し、毎年の損害は１兆円とも言われる。しかし、根寄生植物選択的な除草剤は実用化されていない。我々は、根寄生植物の発芽にグルコースが重要であり、グルコースは貯蔵糖質プランテオース(グルコースなどからなる三糖)の加水分解で得られることを明らかにした。プランテオガラクトシダーゼで加水分解されるため、この酵素を阻害することで発芽が抑制される可能性が示された。阻害物質をスクリーニングしたところ、特定のα-ガラクトシダーゼ阻害剤が、根寄生植物ヤセウツボの種子の発芽や幼根の伸⾧を抑制することを見出した。この阻害剤は、宿主植物の発芽に大きく影響しないと考えられることから、根寄生植物を選択的に防除できる可能性が高い。社会実装と実用化への可能性α-ガラクトシダーゼ阻害剤による根寄生植物の発芽阻害試験。ヤセウツボ種子をGR24(発芽刺激物質)とともに特定のα-ガラクトシダーゼの阻害剤（PI）で処理し、ヤセウツボの幼根の伸長を観察。α-ガラクトシダーゼ阻害剤のシロイヌナズナの発芽に対する影響。阻害剤の宿主植物への影響を調べるために、シロイヌナズナ種子に、GR24と特定のα-ガラクトシダーゼの阻害剤（PI）を処理し、幼根の伸長を観察した。PIはシロイヌナズナの発芽をヤセウツボほどは阻害しなかった。さらに研究を進め、根寄生雑草選択的な発芽抑制剤を開発する予定である。根寄生雑草による農業被害を低減し、飢餓の克服に貢献することが期待される。なお、本研究はJST/JICASATREPS事業及び科研費の研究課題として神戸大学及びスーダン国立科学研究所などの研究機関と共同で行なっており、成果は大阪府立大学、神戸大学及び大阪大学からプレスリリースされた。特許論文参考URLキーワード特開2019-147749根寄生植物の防除剤及び防除方法JournalofExperimentalBotany,erab527,https://doi.org/10.1093/jxb/erab527JournalofExperimentalBotany(2015)66,3085-3097https://www.osakafu-u.ac.jp/press-release/pr20211220/https://douga.yumenavi.info/Lecture/PublishDetail/2021000611?back=根寄生植物、ハマウツボ科、ストライガ、ヤセウツボ、除草剤、発芽、α-ガラクトシダーゼ阻害剤、プランテオース、農業被害
情報通信教育系アプリ等で利用可能な確信判定プログラム［工学研究科］教授黄瀬浩一特徴・独自性スマートフォンやタブレットなどを教育目的で利用する例が増えている。例えば英単語の暗記をゲーム感覚で効率的に行える英単語アプリがある。英単語アプリでは、暗記した単語の定着度合いをテスト形式で確認し、間違えた単語をリストに登録して復習し、再挑戦するという方法が一般的である。しかし、確信が持てずに正解した英単語は再びテストを行った際に間違えてしまう可能性が有る。また、正解であると確信をもっていたのに間違えた場合も、英単語の意味や綴りを勘違いしている可能性が有る。効率的な復習には、単なる正誤だけでなく、解答時の確信の有無に係る情報も取得して立案することが望ましい。本研究では、解答をタイピング入力する形式のテストにおいて、解答者が確信をもって解答したかどうかを判定する手法を開発した。社会実装と実用化への可能性本研究の特徴は、キーロガーのデータに基づいて判定を行うものであり、スマートフォンやタブレット等の端末さえあれば他の特別な機器が必要ないこと、さらに、正誤情報のみに基づいて判定した場合よりも高精度であり、ユーザーごとに判定基準を変化させることによりさらに精度が高くなること、さらに、確信を持たずに正答した問題、確信を持っていたのに間違えた問題を重点的に再出題することで効率的な復習が可能、と言った特徴を有する。特論許文【発明の名称】：解答に対する確信判定方法および確信判定プログラム【出願番号】：特願2018-037535【出願人】：公立大学法人大阪府立大学発明者：公立大学法人大阪府立大学工学研究科黄瀬浩一先生キーロガを用いた英単語タイピングの確信判定、信学技報,vol.117,no.514,PRMU2017-197,pp.151-156,2018年3月参考URLキーワードhttps://www.m.cs.osakafu-u.ac.jp/教育系アプリ、確信、確信度、テスト、復習、学習、タイピング、スマートフォン、タブレット、正誤情報、判定基準、キーロガー
情報通信機械学習と第一原理計算による材料設計技術［人間社会システム科学研究科］准教授上杉徳照特徴・独自性材料分野における合金組成、材料プロセス因子（温度、圧力など）、分析データなど、様々な材料データに対して、AIを活用して、強力に設計・分析を進めるマテリアルズ・インフォマティクスが注目されている。この取り組みでは、第一原理計算で構築したデータベースやディープラーニングのようなAI技術を用いるため、効率的な材料探索が可能になる。従来、材料開発は、知見・経験や理論に基づき実験と試作を繰り返す手法が一般的だが、本研究では、AIと第一原理計算により新材料開発の期間・コストの削減を可能にし、さらに、第一原理計算と機械学習を併用することで、その効果をさらに高めるようにした。社会実装と実用化への可能性本研究では、機械学習による新規金属ガラス材料の探索や、金属組織のディープラーニングによる解析などに応用した実績が有り、会社内の材料・製造ラインに関するデータをお預かりしてAIと第一原理計算により、設計・分析を代行するサービスの提供も可能です。研究の適用分野として、材料開発の効率化，AI技術による材料評価・分析，社内で蓄積されたIoTデータの活用，生産技技術を用いた高度化．製造ラインのビッグデータに適用、等が想定されます。特論許文特開2021-155772黒鉛球状化処理装置,特許第6010454号アルミニウム合金線福島瑞貴ら:分位損失を用いた機械学習による黒鉛球状化処理におけるMg歩留まりの予測,鋳造工学,94,69(2022).参考URLキーワードhttp://www.ues.kis.osakafu-u.ac.jp/第一原理計算、材料解析、材料分析、材料探索、材料開発、材料プロセス、AI、機械学習、ディープラーニング、ニューラルネットワーク、マテリアルズ・インフォマティクス
エネルギーものづくり技術多層構造化した内部構造を有するモーフィングフラップのトポロジー最適設計［工学研究科］教授小木曽望特徴・独自性飛行状態に合わせてフラップ形状を適応的に変形させるモーフィングフラップは、通常のフラップに対して空力性能とともに、経済性向上や騒音低減等の環境性能の向上も期待できる。モーフィングフラップ実現のためには、翼内部にその変形を許容するための機構が必要となる。本研究では、モーフィングフラップ実現のための機構として、主翼の内部構造のリブを用いたコンプライアント機構を採用した。コンプライアント機構とは、リンク等の部品を組合せた一般的機構とは異なり、弾性変形を利用した一体化構造で実現する機構であり、構造の簡素化・軽量化が期待できる。そしてフラップの変形可能形状の自由度を上げるために、多層構造化したリブを翼のスパン方向に複数配置して各層のリブは翼表皮のみで接合した独自構造とし、その最適形態を求めるためにトポロジー最適設計法（孔の数等の構造物形態をも変更可能な最も自由度の高い構造最適化手法）を適用した。本方式のモーフィングフラップの有効性は、数値計算により確認できている。社会実装と実用化への可能性本研究は、トポロジー最適設計によるコンプライアント機構の設計手法をモーフィングフラップへ適用したものである。航空分野に限らず、従来の機構に代わるコンプライアント機構（一体化構造）での高機能化を目指す他分野への展開も可能である。特論許文参考URLキーワードモーフィング翼、モーフィングフラップ、コンプライアント機構、トポロジー最適設計、レベルセット法
ライフサイエンスオゾン水による環境微生物由来の「よごれ」に対する抑止効果について［生命環境科学研究科］教授向本雅郁特徴・独自性細菌やカビ等の環境微生物による「よごれ」は、微生物が増殖し蓄積することによって発生する。このよごれは、オゾン水による殺菌・洗浄効果により抑止することが期待できる。本研究では、小型オゾン生成デバイスの様々な用途での実用化を図るために、特に家庭の生活環境における細菌やカビ等の増殖による「よごれ」に焦点を絞り、オゾン水によるよごれの抑止効果を実証した。具体的には、家庭の水回り等で使用される樹脂・ガラス・陶器・金属・木材・布等の様々な材質の資材に付着した細菌やカビに対するオゾン水の不活化効果を流水洗浄によって検証し、不活化効果が材質には影響されず、数十秒の洗浄により十分な効果があることを実証した。また、細週間繰り返した実験の結果、適切な濃度のオゾン水で毎回１分以上の洗浄を行うことで菌の付着（よごれ）を継続的に抑止できることを実証した。オゾンウォーター生成デバイスオゾン水による細菌の不活化効果社会実装と実用化への可能性本研究で用いたオゾン生成デバイスは、オゾン生成を電気分解方式とすることにより小型化されており、業務用のみならず民生用としても展開可能である。業務用としては厨房やパブリックスペース及び食品等の除菌・洗浄、民生用としては各家庭の水回り等の防カビ・除菌・脱臭への適用が期待される。特論許文参考URLキーワードhttps://toyokeizai.net/articles/-/363211オゾン水、微生物、除菌、殺菌、洗浄
ものづくり技術人と協調するパーソナルモビリティ・ビークル［工学研究科］准教授中川智晧特徴・独自性地球環境保全，高齢社会，移動権確保の観点から，個人の新しい移動手段となるパーソナルモビリティ・ビークル（PMV）の開発が期待されており、自転車や倒立振子型車両をはじめとした新しいPMVの開発と，PMVと人との物理的また心理的なインタラクションに関する研究を行っている。パーソナルモビリティ・ビークルは、自動車と比べ、車体に対する操縦者の比重が大きく、人間の挙動を無視して、従来の車の運転支援等をそのまま適応することはできない。そこで、マルチボディダイナミクス（多体系の運動を詳細に記述する解析手法）等を用い、操縦者と車両が協調する運動制御技術を提案している。社会実装と実用化への可能性技術の特徴は、操縦者の運動挙動を実験と解析の両面から提示すること、操縦者のみならず、周囲歩行者と協調する車両の運動制御を行うこと、車両の形態（車輪数、着席・起立等）によるダイナミクスの違いを明確化すること、などである。想定される用途は、周囲に人がいる環境で使用される人が操縦する乗り物であり、福祉機器と人間の連携につながるものである。パーソナルモビリティ・ビークルに関わる新製品開発を目指すメーカー、福祉機器メーカー、パーソナルモビリティ・ビークルの利用が見込まれる企業（警備会社、遊具会社等）等と連携して実用化を進めたい。特許特許第4833776号特許第6846798号論文中川智皓，人と協調するパーソナルモビリティ・ビークルの運動と制御，博士論文（東京大学），2010参考URLキーワードhttp://www.me.osakafu-u.ac.jp/dyna/research/works.htmlhttps://www.iao.osakafu-u.ac.jp/opu-seeds/パーソナルモビリティ・ビークル、PMV、車両、自転車、倒立振子型、マルチボディダイナミクス、多体系、運動制御、協調制御、福祉機器
ナノテクノロジー・材料超音波マイクロバブルを利用する金属ナノ粒子合成技術［人間社会システム科学研究科］教授興津健二特徴・独自性超音波を溶液に照射して生成する高温高圧のマイクロバブルは、数千度以上・数百気圧以上の極限状態の化学反応場として利用できる。超音波マイクロバブルを利用すると、従来の化学反応場とは異なる新しい化学反応場を発生させることができ、サイズや形状の制御された貴金属ナノ粒子を合成することが可能であり、様々な分野への応用が期待される。また、貴金属ナノ粒子はバルク物質とは異なる特性/機能を有し、様々な分野での応用が期待されている、ナノテクのキーマテリアルである。超音波合成法を用いれば、室温で、且つ、シンプルな系（例えば、反応性の高い還元剤が不要な系）で貴金属ナノ粒子合成できる特徴がある。本研究では、超音波マイクロバブルを利用する貴金属ナノ粒子合成技術に関する基礎研究を進めてきた。社会実装と実用化への可能性精密な形状制御合成のためには、ナノ粒子生成メカニズムの解明や微小気泡反応場の物理化学特性の更なる解明が課題であり、また、スケールアップの際には、超音波合成条件の最適化や、様々な製造業との連携が重要と考えている。本技術の用途として、触媒、センサー、DDS、光温熱療法、近赤外線プローブ、光学フィルター、高密度光記録材料、等が想定され、実用化に向け、超音波装置製造業、微粒子製造業、触媒関連会社、貴金属販売会社、試薬製造業、電子記録材料製造業、電子機器製造業、等との協業を期待している。特許論文参考URLキーワードSynthesisofAunanorodsviaautocatalyticgrowthofAuseedsformedbysonochemicalreductionofAu(I):RelationbetweenformationrateandcharacteristicofAunanorods,K.Okitsu,S.Semboshi,Ultrason.Sonochem.36,1091-1097(2020).http://www.ess.osakafu-u.ac.jp/envi/okitsu/超音波、マイクロバブル、高温高圧、化学反応場、貴金属ナノ粒子、形状制御合成、微小気泡反応場
情報通信シミュレーションによる地震に対する安全性～新幹線、大型貨物車からキャビネットまで～［工学研究科］教授新谷篤彦特徴・独自性2004年に発生した新潟県中越地震では新幹線の創業以来初となる脱線事故が発生し、社会に大きな衝撃を与えた。高速走行車両は国内において広く運用されており、地震発生時の安全性を示す”マップ”を作成しておけば、地震発生時の被害状況をあらかじめ予測することが可能となる。本研究では、高速走行車両の解析モデルを構築し、様々な地震波を入力してその応答を解析することで脱線・転覆の危険性を評価し、地震のタイプや規模に応じた被害状況を事前予測することを目的としている。鉄道⾞両モデル化のイメージ2b12b2①②2h22h1r1α1r2α2Oθ1θ2社会実装と実用化への可能性!y地震時のキャビネットのモデル化あらかじめ機械や構造物の解析モデルを構築できれば、地震応答解析により被害をある程度予測できるため、事前対策につなげることができる。本手法は鉄道車両のみならず、キャビネットや本棚等が配置されている事務所や店舗等での被害状況の予測及び事前対策へも適用できる。特許論文参考URLキーワードA.Shintani,etal.,EffectofParametersofElasto-plasticDamperonMitigationofConnectedCabinetsStoringElectronicsSubjectedtoSeismicWaves,Proc.oftheASMEPressureVesselsandPipingConferencePVP2021,No.PVP2021-62002,11pages,2021.http://www.me.osakafu-u.ac.jp/dyna/index.html地震、車両、シミュレーション、安全性、耐震設計
ナノテクノロジー・材料しなやかな硬質めっき［工学研究科］教授瀧川順庸特徴・独自性電鋳（電気鋳造，厚めっき）技術は、機械加工が困難な部品の製作および転写用の金型、鋳型の表面保護等に活用されており、主にNi電鋳が使用されている。この中で、樹脂製品成型用金型や鋳型は、急激な加熱や高温溶湯との接触など高温環境にさらされることから耐熱性や耐腐食性が要求され、Ni-W等の合金めっきが使用されている。しかし、合金めっきは硬度・強度に優れているが、延性が小さいために脆く割れやすいという課題がある。本研究では、Ni-W等の合金めっきについて、硬度・強度を保ちつつ延性を付与することにより、曲げても割れず厚くつけても割れないしなやかな合金めっきの開発に成功した。例えばNi-W合金の場合、従来のクエン酸浴から得られる合金は硬くて脆いのが一般的であったが、プロピオン酸とグルコン酸ナトリウムを錯化剤とした開発浴により、大幅な延性を得ることができた。またFe-Ni合金めっきにおいても、商用の鉄合金大きく上回る強度・延性バランスを達成した。社会実装と実用化への可能性図1延性を示すめっきの一例図2商用鉄合金と開発合金（EDFe-Nialloy）の強度・延性バランス通常1％程度の伸びしか得られないNi-W合金めっき板（厚）において、本技術により10％を超える伸びを達成している。強さ・しなやかさ・耐熱性等を兼ね備えた本技術のめっきは、樹脂製品成型用金型等の電鋳金型、接点材料等の靭性が要求されるめっき部品、その他への展開が期待できる。特許特許第6487813号論文■FabricationofElectrodepositedPermalloyswithHighStrengthandHighDuctilityM.Kanetake,Y.Takigawa,T.UesugiandK.HigashiMaterialsTransactions,59,598-601(2018).■ElectrodepositionwithintermittentadditionoftrimethylamineboranetoproduceductilebulknanocrystallineNi–BalloysI.Matsui,N.Omura,T.Yamamoto,Y.TakigawaSurfaceandCoatingsTechnology,337,411-417(2018).参考URLhttp://www2.mtr.osakafu-u.ac.jp/http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100605_ja.htmlキーワード電鋳、電気鋳造、めっき、Ni-W合金、Fe-Ni合金
エネルギー窒素酸化物の高効率回収と資源循環～大気汚染物質排出ゼロに向けた取り組み～［工学研究科］教授安田昌弘特徴・独自性一酸化窒素、二酸化窒素などの窒素酸化物（NOx）は、高濃度では人の呼吸器に悪影響を与え、光化学スモッグや酸性雨の原因となる。そのため、NOxは大気汚染物質として排出規制・抑制と共に、発生したNOxの除去・回収の両面で技術開発が行われている。我々は従来のように大量の薬品・都市ガス、アンモニア、高価な触媒などを使用せず、NOxを高い効率で回収できるシステムを開発した。その基本はガラス繊維フルター式ガス吸収装置で窒素酸化物を水に吸収させ硝酸として回収する技術である。本技術の特徴は、水だけで窒素酸化物を除去可能、廃液処理が不要、排ガスの浄化により炭酸ガスの農事利用などが可能、大気汚染物質の排出がほぼゼロ、などである。主な要素技術としては、１．NOｘの水吸収・反応吸収技術２．NOxの吸着・脱着技術３．NOの気相または液相酸化技術４．夾雑ガスとの分離技術社会実装と実用化への可能性NOx除去・硝酸回収・再資源化実証プラント平板多層モジュールガス浄化技術本技術は、自動車・ボイラーなど燃焼で生じるNOxや、化学反応で生じるNOx（金属溶解・シリコン表面処理等）の除去、また排ガスの有効利用が可能である。一酸化窒素の酸化等の前処理技術、および除去出来なかった窒素酸化物を吸着除去する後処理技術に関する研究も進み、現在、実証試験による有用性を評価、また商業ベース規模の実証プラントで耐久性を評価している。NO酸化触媒ゼオライトを用いたNO酸化技術特論許文「ＮＯｘ吸着剤及びその製造方法」特許公開2015-188858、「ガス浄化方法」特許公開2017-051899、「脱硝方法及び脱硝装置」特許公開２014-240056など「窒素酸化物の資源循環」金属第89巻第6号5（2019年6月）など参考URLキーワードhttp://www.ppal-mkn.co.jp/http://www2.chemeng.osakafu-u.ac.jp/group7/indexJ/窒素酸化物、NOx、回収、吸着、除去、環境改善、排ガス、有害物質、硝酸
ライフサイエンス進化分子工学による分子標的ペプチドの開発［理学系研究科］教授藤井郁雄特徴・独自性ポスト抗体医薬として、マイクロ抗体のような中分子（3～5kD)が注目されている。そこで、ヘリックス-ループ-ヘリックス(HLH)構造を持つ分子標的ペプチドを設計した。このペプチ末端ヘリックス（１４アミノ酸残基からなる構造支持領域）、②ループ（Gly７残基からなるリンカー）、③C末端ヘリックス（１４アミノ酸残基からなる相互作用領域）で構成され、２つのヘリックスは、内側Leuの疎水結合と側面GluとLysの静電結合により安定構造を形成する。ヘリックス外側のアミノ酸を置換することにより、同一構造のペプチドライブラリーを構築することができ、既にG-CSF（顆粒球コロニー刺激因子）受容体、VEGF、HDM2、CTLA-4（免疫チェックポイント受容体）、オーロラキナーゼ等への高親和性分子標的ペプチドを取得している。社会実装と実用化への可能性分子標的ペプチドは、下記のメリットを有し、抗体医薬に代わる新規モダリティとして有望である。抗がん剤やコロナウイルスなどの感染症治療への応用が期待される。①標的分子に対して特異的／高親和性、②血中安定性、③無～低免疫原性、④蛋白・蛋白相互作用を阻害、⑤細胞膜通過可能、⑥薬物輸送キャリアとして使用可、⑦標的分子の立体構造情報不要、⑧化学合成生産（低コスト）、⑨天然アミノ酸の使用（安全性）ランダム変位部位の異なる17種のライブラリー（各々のサイズは10の9乗以上）を作成、ファージあるいは酵母表層提示ライブラリーを各種標的蛋白質に対してスクリーニングし、強い結合活性を持つ分子標的ペプチドの獲得に成功した。G-CSF受容体に対する分子標的ペプチドは、nMオーダーの強い結合活性を持ち、G-CSFによる細胞増殖を完全に阻害した。また、血中の酵素分解に対して安定で、マウスで免疫原性を示さなかった。このほか、血管内皮細胞増殖因子に対する分子標的ペプチドは、特異的で高い親和性（Kd=0.7nM)と担癌マウスでの有効性を確認している。また、p53-HDM2など細胞内蛋白-蛋白相互作用を阻害するペプチドも獲得している。分子標的ペプチドは、抗体との複合体、CPP（細胞膜透過性ペプチド）との複合体、薬物との複合体（Peptide-DrugConjugate：PDC）等の設計が容易であり、DDSとしての展開も幅広い。特許論文参考URLキーワード特開2019-189591（日東電工）特開2019-196326（公立大学法人大阪）WO2017/159655（公立大学法人大阪）→特許6951713号WO2016/208761（島津製作所）→特許6583411号特開2014-047156（公立大学法人大阪）→特許6032735号特開2017-132743（公立大学法人大阪）→特許6761993号１，DrugDeliverySystem35(3)212-2212020２，ACSChem.Biol.15360-3682020３，Angew.Chem.Int.Ed.Engl.5510612-106162016４，ファルマシア52(2)116-1202016５，Bioorg.Med.Chem.221845-18492014６，TetrahedronLetters40(33)6013-60171999http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100594_ja.htmlhttps://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=200901024101989660中分子医薬、ポスト抗体医薬、分子標的ペプチド、ヘリックスーループ－ヘリックス（HLH）、ライブラリー、ファージディスプレイ、G-CSF、VEGF、p53、HDM2、CLTA-4、COVID、細胞透過性、DDS
ライフサイエンスカートリッジ式マイクロ流体チップによるBodyonaChipプラットフォーム［理学系研究科］客員研究員（兼理化学研究所）萩原将也特徴・独自性近年、複数の臓器をマイクロ流体チップに入れ込み、生体内の組織・臓器相互作用を表現するBodyonaChipの開発が急速に発展している。BodyonaChipはvivoとvitroの両方の利点を生かした新しい代替実験法として大きな期待があるが、熟練技術者しか使えない等の実用性の問題がある（図１上図）。さらに創薬モデルとして二次元より三次元培養での実験系が求められている。本研究はCube型培養器を用いて、シスonaChipのプラットフォーム基盤を開発し、その有用性を示すことを目的とする。Cube型培養器は、サンプル保持と培地透過性を両立し、培養中サンプルのハンドリング、多面観察イメージングが可能な特徴を持つ（図１下図）。本システムは、Cube型培養器をカートリッジ式にマイクロ流体チップに挿入・分離可能なシステムを構築し、作業性、実用性、汎用性の面で向上を図った（図２）。抗ガン剤の心毒性評価アッセイの例を図３に示す。本システムでは、複数組織をマイクロ環境に配置するBodyonaChipの分野において、「誰でも」「簡単に」実験を開始でき、実現可能なプラットフォームとして活用が期待できる。図１．BodyonaChipとCube型培養器の概要図２．本システム（CubeinChip）の概要社会実装と実用化への可能性本システムは、新薬開発、ガン細胞の転移モデル、副作用メカニズム解析等の多岐に亘る応用が期待できる。図３．抗ガン剤の心毒性評価アッセイ特許論文参考URLキーワード特許6877009号、WO2017/094451、細胞培養容器及び観察用試料セルWO2018/150689、細胞培養容器、観察用試料セルおよび細胞培養方法WO2018/147032、細胞培養用流体チップ、培養容器及び培養方法Highrepeatabilityfrom3Dexperimentalplatformforquantitativeanalysisofcellularbranchpatternformations,Integr.Biol.,2018,10,306-312CUBEINACHIP:ONETOUCH3DTISSUEINTEGRATIONANDREMOVALSYSTEMFORBODYONACHIPPLATFORM,M024.a,The23rdInternationalConferenceonMiniaturizedSystemsforChemistryandLifeSciences（µTAS2019）,27-31October2019https://www.riken.jp/research/labs/hakubi/h_hum_biomimetic/index.htmlBOCチップ、BodyonaChip、Cube型培養器、マイクロ流体チップ
情報通信映像に埋め込まれた情報を携帯端末で取得できる技術［工学研究科］准教授岩田基特徴・独自性街頭や駅、デパートの中など、至る所にサイネージ（看板や標識）が普及しつつある。サイネージを使うと、より人目を引く広告や情報の伝達が可能となる。近年ではスマートフォン等の携帯端末も普及しており、ユーザーが興味を持てば、Web検索等で詳細情報を調べられる。しかし、Web検索は手間がかかり、なおかつ誤った情報が得られる場合もあるため、サイネージに流れる動画像から直接、詳細情報ヘアクセスできることが望ましい。本研究では、印刷物やモニタ上の映像を手軽に電子情報と関連づけるスマートフォンアプリを開発している。社会実装と実用化への可能性本研究では、電子透かし（画像や動画像、音楽などのマルチメディアコンテンツに対し、人問が知覚できないほど微小な変更を加えることで付加情報を埋め込む技術）によって動画像に透かしを埋め込み、サイネージに流れる透かし入り動画像にスマートフォンをかざすだけで情報を取得できるスマートフォンアプリの実装をテーマとしている。透かし入り印刷物からの高速な埋め込み情報の抽出について、2次元サインパターンによる印刷耐性向上や透かし入り領域の同期QRコードパターンの採用等や、動画についてはフレーム間差分の利用による再撮影に対する耐性向上や透かし埋め込みの痕跡から透かし領域の自動検出を行うなど、実用化研究を進めている。特許論文参考URLキーワード特願2010-007243電子透かし埋め込み方法[1]"PracticalWatermarkingMethodEstimatingWatermarkedRegionfromRecapturedVideosonSmartphone"IEICETRANS.INF.&SYST.,100,1,24-32pages(2017-1)MotoiIWATA,NaoyoshiMIZUSHIMA,KoichiKISE[2]"DigitalWatermarkingMethodforPrintedMattersUsingDeepLearningforDetectingWatermarkedAreas,"IEICETransactionsonInformationandSystems,E104-D,1,pp.34-42,9pages(2021-1)HiroyukiIMAGAWA,MotoiIWATA,andKoichiKISE研究室ホームページhttps://imlab.jp/電子透かし、サイネージ、スマートフォン、アプリ、動画、印刷物、2次元サインパターン、印刷耐性、QRコード、フレーム間差分、再撮影耐性
ライフサイエンス難治性癌を標的としたCDCP1-PKCδ経路を阻害する新規低分子化合物［工学研究科］准教授野元昭宏特徴・独自性CUBdomain-containingprotein1(CDCP1)は、各種がん細胞に発現する細胞膜分子である。その発現はがんの悪性度や患者の予後とよく相関し、転移能の獲得にも関係している。CDCP1は、プロテインキナーゼCデルタ（PKCδ）との結合を介して下流にシグナルを伝え、その結果がん細胞が転移や増殖する。またこの分子は、ハーセプチンに対する耐性にも関与すると考えられている。我々は、CDCP1とPKCδの結合を測定できるELISA系を確立し、それを用いて約10,000個の化合物ライブラリーをスクリーニングした。その結果、結合を阻害した化合物の中から、がん細胞の増殖を抑制する２種類の金属配糖錯体（5-3C;Pd-Oqn、5-3D;Pt-Oqn）を見出した。Pd-Oqnはinvitroで種々のがん細胞の増殖を抑制するのみならず、マウス胃がん細胞の腹膜播種モデルでは転移性結節の数を著しく低下させた。また膵臓がん同所移植モデルでも、すい臓重量の増加を有意に抑制した。これらの新規化合物は、日米欧３極で特許を出願している。CDCP1-PKCδ経路によるがんの転移と増殖。CDCP1はSrcにより２箇所リン酸化を受けるが、762番目のリン酸化チロシンにPKCδが結合し、PKCδの311番目のチロシンがSRCでリン酸化されることで、、がんの転位や増殖につながる下流へのシグナルが伝達される。CDCP1-PKCδ経路のシグナルを抑えるパラジウム（5-3C;Pd-Oqn）および白金配糖錯体（5-3D;Pt-Oqn）社会実装と実用化への可能性本研究で得られた化合物は、シスプラチン等の既存治療薬に抵抗性を示すがんや、転移性の高いがんに有効な画期的新規治療薬として期待される。胃腺がんの腹膜播種に対するPd-Oqnの効果。マウスに44As3胃腺がん細胞を腹膜播種し、PdOqnまたはDMSOを投与した。（a）実験スケジュール（b）マウス腸間膜結節（c）Pd-Oqn（n=13）またはDMSO（n=10）を投与したマウスの結節数。マウスの体重は両群間で差がなかった。特許論文参考URLキーワード特許第6099052号（アミノ糖連結抗がん性貴金属錯体）、WO2013115157NakashimaK.etal.,CancerSci108(2017)1049–1057AlajatiA.eta.,CellReports(2015)11(4),564-576https://jstore.jst.go.jp/nationalPatentDetail.html?pat_id=33818抗がん剤、CDCP1、PKCδ、ハーセプチン、シスプラチン耐性がん、転移性がん
ライフサイエンスGAPDH凝集阻害による難治性脳神経疾患の治療［生命環境科学研究科］准教授中嶋秀満特徴・独自性解糖系酵素：グリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素（GAPDH）は、様々な難治性脳神経疾患の病巣中に不溶化・沈着していることが報告され、その病態形成への関与が指摘されている。そこで、発症原因の解明を目的として検討を行い、以下の３つの重要な知見を得た。さらに難治性脳疾患の治療効果が期待されるGAPDH凝集阻害剤を創成した。（1）GAPDHは老化や虚血に伴う酸化ストレスによりGAPDH凝集体を形成し神経細胞死を誘導する。（２）GAPDH凝集体はマウス脳卒中モデルにおける病態形成の原因分子である。（３）GAPDH凝集体はアルツハイマー型認知症遺伝子改変モデルマウスおよびパーキンソン病モデルマウスにおける病態促進因子であること（クロスシード仮説）。A：AD,PD,HDモデルマウスでは、それぞれ老人斑、レビー小体、核小体に凝集GAPDHが局在し、GAPDHはアミロイドβの凝集を増強する。B：GAPDHの152番目のシステイン残基が凝集反応におけるキーアミノ酸であり、アミロイドβやハンチンチンなどの異常蛋白凝集のシードとして作用している。（クロスシード仮説）GAPDH凝集阻害分子（C152A-GAPDH)発現マウスを作成し、神経細胞死が抑制されることを見出した。社会実装と実用化への可能性アルツハイマー病(AD)、パーキンソン病(PD)、ハンチントン病(HD)、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、虚血性脳卒中などの難治性脳神経疾患の治療／診断薬の開発や病態研究に寄与することが期待される。GAPDH凝集阻害ペプチドGAI-17をベースに最適化した化合物TN-101は、マウス脳卒中モデルで梗塞体積を抑制し、神経症状を改善した。→WO2016-199796（日米で特許化、欧州審査中）特許論文参考URLキーワード特開2013-241402(大阪府立大学）WO2016-199796→日本特許第6838743号、US1557465、EP3305762（大阪府立大学）１，J.Biol.Chem.292(11)4727-47422017２，Biochem.Biophys.Res.Commun.484(2):385-3892017３，J.Biol.Chem.290(43):26072-872015J.Pharmacol.Exp.Ther.,312(2)472-4812005https://www.vet.osakafu-u.ac.jp/grad/organization/nakajimah/https://jglobal.jst.go.jp/detail/?JGLOBAL_ID=201901008599742391&t=1グリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素(GAPDH)、ポリ（ADP-リボシル）化、凝集、脳神経変性疾患、クロスシード仮説、アルツハイマー病(AD)、パーキンソン病(PD)、ハンチントン病(HD)、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、虚血性脳卒中
ライフサイエンス情報通信頸動脈プラーク検出のための超音波速度変化画像技術［工学研究科］准教授和田健司特徴・独自性頸動脈プラークが破断すると，心筋梗塞や脳梗塞を引き起こす可能性があるため，剥がれ易い不安定血管プラークの識別が必要である。本研究では，剥がれ易さに関与する内部の脂質コアの形状や大きさを非侵襲に計測できる装置開発をめざしている。超音波速度の温度依存性が水と脂肪との間で異なることを利用し，不安定な頸動脈プラークを非侵襲に検出する装置の研究を進めてきた。その過程で、超音波により患部の加温を行い，加温前後における超音波エコー信号を比較することにより，超音波速度変化画像を描出し，頸動脈プラーク内の脂肪領域を検出する方法を考案した。従来の頸動脈エコー検査では，視覚的な経験にもとづいて頸動脈プラークの性状を識別しているが、本手法では，物質における超音波の速度変化の違いを利用することにより，その性状がより明確に識別できるようになった。社会実装と実用化への可能性金属板における超音波の透過・反射特性の周波数依存性を利用し，患部の加温と超音波速度変化の検出が行える一体化プローブを試作した。これを用いて，頸動脈ファントム中の脂肪領域の描出に成功した。適用可能な分野として、頸動脈プラークの性状（安定型，不安定型）の識別、頸動脈不安定プラークの早期検出、肝臓の脂肪量の定量化と脂肪肝の早期検出などへの応用が期待される。特許論文キーワード特許第6251612号、特許第6325850号、特許第6372915号、特許第6372916号、特許第6470624号M.Kameda,Y.Inuzuka,T.Matsuyama,K.Wada,K.Okamoto,T.Matsunaka,andH.Horinaka,"Theremovalmethodoftheinfluenceofheartbeatinultrasonicvelocity-changemethod,"Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.58,SGGE17-1-SGGE17-3(2019).亀田雅伸，熊谷勇汰，青谷悠平，犬塚裕哉，和田健司，松山哲也，松中敏行，堀中博道，”冷却による超音波速度変化イメージングを用いた不安定血管プラークの検出”日本赤外線学会誌,Vol.28,pp.76-82(2018).頸動脈、プラーク、心筋梗塞、脳梗塞、脂質コア、非侵襲計測、温度依存性、超音波速度、患部、加温、超音波エコー、超音波速度変化、一体化プローブ、頸動脈ファントム、脂肪領域、脂肪肝
情報通信大規模溶接解析法「理想化陽解法FEM」の産業展開［工学研究科］准教授柴原正和特徴・独自性溶接の施工に伴う熱変形は、組立工程における寸法精度低下の要因となる。変形を矯正するためには膨大なコストや作業時間を必要とするため、数値解析により事前検討できる手法が望まれている。溶接変形は熱弾塑性理論に基づく非線形有限要素法による解析が可能であるが、従来の静的陰解法では演算規模が膨大となるため、実構造物への適用が困難であった。本研究では、理想化陽解法FEMという新手法の開発により計算時間やメモリー容量を飛躍的に削減し、実構造物への適用を可能としている。理想化陽解法FEMは、非線形の全体剛性方程式を解く過程で、疑似的に動的な解析を行うことで静的平衡状態を求めており、一種の動的緩和法に類する解法である。そして、質量行列や減衰行列を節点集中型の対角マトリクスとして連立方程式の求解を回避することで、演算規模を大幅削減し、超高速に解析できる点に特徴がある。検証実験により実用上十分な精度での解析が可能であることを確認しており、既に、複雑構造や大規模構造への適用が進んでいる。社会実装と実用化への可能性本手法は、熱弾塑性問題に対応している汎用ソフトウェアでは解析不可能な大規模問題への対応が可能である。特に溶接問題は、溶接トーチからの入熱によりトーチ周辺に局所的な溶融を伴う非線形性の強い問題であり、本手法の効果を最大限発揮できる適用分野である。多層溶接の全パス解析結果特許論文参考URLキーワード■ひずみ取りのための加熱方案の作成方法(国際特許出願)出願番号PCT/JP2021/009013■線状加熱による金属板の曲げ加工に用いる加熱方案の算出方法(国際特許出願)出願番号PCT/JP2021/008733GPUを用いた並列化理想化陽解法FEMの開発生島一樹、柴原正和、伊藤真介溶接学会論文集,31,1,23-322013動的陽解法FEMを基にした大規模構造のための溶接過渡変形・応力解析手法の提案柴原正和、生島一樹、伊藤真介、正岡孝治溶接学会論文集,29,12011http://www.marine.osakafu-u.ac.jp/~shibahara/理想化陽解法FEM、有限要素法、FEM、溶接、非線形
ものづくり技術多孔構造を利用した新規異種材料接合法の開発［工学研究科］教授松本章一特徴・独自性自動車や航空機等の軽量化を目的とした樹脂材料への代替や複合材料化の進展に伴って、金属と樹脂等の異種材料間の接合ニーズが高まりつつある。金属表面処理やプラズマ処理等の従来の接合法では特殊な薬品や専用の装置が必要となり、設備コストや生産性等の点で課題があった。本研究では、異種材料間の新規接合手法として、被着体表面にエポキシモノリス等の多孔質ポリマーの薄膜層を形成し、多孔質構造のアンカー効果（材料表面の微細な凹凸に接着剤が木の根のように入り込んで硬化することで接着力が高まる効果）によって、多様な異種材料を高強度で接合する技術を開発した。本技術は、特殊な薬品や専用設備を必要とせず、被着体表面に塗布硬化するだけで多孔質構造を形成できるとともに、多様な異種材料間の接合に適用できる点に特徴がある。社会実装と実用化への可能性本技術は、板状やフィルム状等の様々な形態の被着体の接合に適用でき、様々な異種材料間の接合強度に関して引張せん断試験でその優位性を確認している。その応用分野としては、自動車・航空機・家電・OA機器その他各種機器の製造において、金属やエンジニアリングプラスチック等で構成された機械部品・インサート成型部品・一体成型部品等の各種基材の接着接合への展開が想定される。特許特許公報第6918341号｢基板複合体及びその製造方法｣論文参考URLキーワード接合法、多孔質ポリマー、エポキシモノリス、アンカー効果
エネルギーフッ素樹脂接着のための大気圧プラズマ複合表面処理［工学研究科］教授大久保雅章［工学研究科］准教授黒木智之特徴・独自性フッ素樹脂（PTFE等）は、耐薬品性、電気絶縁性など優れた特性を持っているが、高い撥水特性から接着、接合を行うことが困難であった。これを克服するため、多電位電極間で形成される大気圧プラズマ装置を用いて、プラズマグラフト重合を応用した恒久的な表面処理技術を開発し、環境負荷の大きい溶液処理を凌駕する接着強度を達成した。図１は処理装置の概略を示す。蒸発拡散法でアクリル酸モノマー蒸気を発生させ、Arプラズマでラジカル化させ、同時に樹脂のフッ素結合を切り、表面にアクリル酸モノマーをグラフト重合させる。図２はPTFEサンプルのプラズマ処理前・後のXPS分析と表面SEM写真を示す。プラズマグラフト重合処理をすると、未処理の-CF2-の構造が消失し、親水基の官能基であるカルボキシル基やケトン基が生成され、接着強度が向上すると考えられる。本技術は、テフロンや多種類樹脂に適用でき、乾式で低環境負荷、効果が継続する恒久的処理が特徴である。ゴム/mmの世界最高接着強度を達成している（図３）。図１．大気圧プラズマグラフト重合処理装置の概略図とプラズマトーチ断面図２．PTFEのプラズマグラフト重合処理前・後のXPS分析と表面SEM写真社会実装と実用化への可能性本技術は、気相重合による金属、樹脂、ガラスの接着改善（基板、太陽電池）が可能で、ゴムとPTFE（プレフィルド注射器）、フッ素樹脂めっき（有機EL照明）、フッ素樹脂機器（内視鏡，医療機器）等に応用が期待される。図３．本技術のまとめ特許特許5429511号、表面被覆樹脂基体、その製造方法及びその製造装置論文参考URLキーワードEffectofMonomerConcentrationonAdhesiveStrengthofPTFEFilmsTreatedwithAtmospheric-pressureNonthermalPlasmaGraftPolymerization，JournalofElectrostatics108（2020）103526.Molecular-LevelReinforcedAdhesionBetweenRubberandPTFEFilmTreatedbyAtmosphericPlasmaPolymerization,PlasmaChemPlasmaProcess36,1431–1448（2016）.フッ素樹脂接着、大気圧プラズマグラフト重合、異種材料
ライフサイエンス個々人の能力に合わせた起立支援装置［工学研究科］教授新谷篤彦特徴・独自性高齢化等により立ち上がり動作が困難となった方々（起立困難者）の起立動作を支援する装置が実用化されている。しかし、既存の装置では自然な起立動作の補助を行うことができず、起立困難者にとって足首や膝や腰等に負担がかかる恐れがある。また積極的に自分で起立しようとはせず、全面的に装置の補助に頼ってしまい、筋力低下を抑制することができなくなる恐れがある。本研究では、起立動作の計測結果の解析に基づいて足・膝・股関節等への負荷を指標化し、指標値が最小となる自然な起立動作を導出した。そして導出した起立動作となるよう支援するために、基台部と起立困難者が腰掛ける座部と座部を移動させる移動機構部とを備え、股関節の中心がＳ字状のカーブ軌道に沿って上昇するように座部を移動させる起立支援装置を開発した。本装置は、起立困難者の体格や起立能力に応じて、個々人に適合した自然な立ち上がりを支援することができる。社会実装と実用化への可能性本装置の駆動部は、スライダやクランク機構等を組合わせ軸のトルク制御で並進と回転を制御できるシンプルな機構で構成されている。本装置は、部屋での使用のみならずトイレ内で洋式便器の便座に組込むことも可能であり、トイレには介助者に入ってほしくないと感じている起立困難者の精神的な苦痛を和らげることができる。特許特開2016-150206(P2016-150206A)論文参考URL高井他，遺伝的アルゴリズムを用いた身体負荷を最小とする椅子からの立ち上がり動作の生成，日本機械学会論文集，Vol.80，No.812，p.TRANS0064(2014)http://www.me.osakafu-u.ac.jp/dyna/index.htmlキーワード関節負荷、最適軌道、起立動作、リハビリ、介護
ナノテクノロジー・材料チオール・エン反応を用いたリワーク型光硬化系［工学研究科］准教授岡村晴之特徴・独自性熱硬化性樹脂の物性は樹脂のネットワーク構造に大きく影響するが、熱硬化性樹脂は不溶・不融のため、樹脂構造の解析は困難である。そこで、本研究では光硬化樹脂のネットワーク構造解明を目的とし、架橋後に分解・溶解除去が可能なリワーク型光硬化樹脂を作成、分解後、鎖長を解析した。社会実装と実用化への可能性硬化後分解可能な樹脂を使用することにより、高性能光硬化系樹脂のネットワーク構造を直接観察し、ネットワークの不均一性を評価できるようになった。高性能光・熱硬化樹脂、分解可能な接着剤あるいはリサイクル可能な印刷物の開発に寄与しうる知見である。A：チオ－ル-アクリレート系の反応機構B：実験手順（光硬化）分解部位を有する2官能メタクリラートと多官能チオールを所定量混合し、365nm光を照射して混合液を硬化させた。（光酸による分解）硬化物を254nm光で200mJ/cm2照射した後、160℃で2分間加熱して分解した。（メチル化）加熱後のサンプルを少量のメタノールに溶解させ、ジアゾメタンを用いてメチル化した。（測定）サイズ排除クロマトグラムおよび1H核磁気共鳴スペクトルで鎖長を測定した。実験に用いた化合物と重合連鎖長推定された樹脂構造DHDA/PEMB（1/1,functionalratioofacrylandthiolgroups）特許論文１，Polymers11（1）52018参考URLキーワードhttp://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100451_ja.htmlhttps://jglobal.jst.go.jp/detail?JGLOBAL_ID=200901080134228247光硬化系樹脂、チオール・エン反応、チオール・アクリレート、硬化、分解、樹脂構造解析、重合連鎖長
エネルギー光ファイバセンサを用いた高温度モニタリング［工学研究科］准教授小山長規特徴・独自性従来の電気式センサと比べ、優れた特徴を有する光ファイバセンサの研究が注目されている。最大の特徴は、センサ部に電源が不要であり、この特徴を活かし、電源の確保や人間が直接立ち入ることが困難な場所に対するモニタリングへの応用が期待されている。光ファイバセンサとは、センサ部に光ファイバを用いたもので、遠隔計測が可能、電磁不干渉性、防爆性、細径・軽量などの優れた特徴をもつ。特に、CO2レーザで作製した光ファイバセンサ（LPFG）は高温で優れた安定性を有し、直接人間が立入ることが困難な高温環境下での長時間温度計測への応用が期待されている。本研究では、CO2レーザ光照射型LPFGの作製、温度計測システムの構築、高温センシング性能について研究を行っている。社会実装と実用化への可能性本研究では、高温環境下で安定なLPFG（長周期ファイバグレーティング素子）をCO2レーザを用いて作製し、商用の通信用SM光ファイバを使用して温度計測システムを構築している。比較的簡単に短時間で作製でき、0°C～６５０℃程度の範囲での温度計測が可能。測温抵抗体に関する国際規格（IEC60751）のCクラスに相当する誤差範囲を維持できる時間は、410°Cで144.2時間、614°Cで20.2時間であった。長時間・高温環境下での温度計測、水溶液の濃度計測、広範囲に応用可能である。特許論文参考URLキーワードO.Koyama,M.Matsui,T.Kagawa,Y.Suzuki,K.Ikeda,andM.Yamada"Low-costopticalfibertemperature-sensingsystememployingopticaltransceiversforEthernetandlong-periodfibergrating"AppliedOptics,vol.58,issue.9,pp.2366-2371(2019).光ファイバセンサ、遠隔計測、長周期ファイバグレーティング、CO2レーザ、LPFG、温度計測、高温センシング、
ライフサイエンス羊毛ケラチンを利用した細胞培養基材［理学系研究科］教授原正之特徴・独自性ケラチンはヒト毛髪や羊毛の線維性蛋白質であり、-SS-結合を豊富に持ち、生体適合性が高いことが知られている。細胞培養基材や組織工学の足場材料としての展開を検討した。羊毛ケラチンを抽出／透析して得たスポンジ状の多孔質ハイドロゲルは、柔軟かつ十分な強度を有し、マウス胎児繊維芽細胞（皮膚真皮モデル）、HOS細胞（骨芽細胞モデル）、PC１２細胞（神経細胞モデル）の培養において良好な接着性と増殖性を示した。マウス皮下への移植実験では、ほとんど炎症を起こさず、優れた生体適合性を持つことが証明された。またハイドロゲルを圧縮成型することにより、透明で高い光透過性を持つ薄膜が得られる。社会実装と実用化への可能性羊毛をグアニジン塩酸／２メルカプトエタノール溶液で加熱溶解し、純水で透析してハイドロゲル化させた。このゲルを圧縮すると透明なシート状に成型できる。オートクレーブ滅菌可能で、抽出に界面活性剤（SDS）を用いずに済むため、細胞毒性の心配が無い。マウス胎児繊維芽細胞（皮膚真皮モデル）、HOS細胞（骨芽細胞モデル）、PC１２細胞（神経細胞モデル）の培養において良好な接着／生存／増殖性を示した。骨芽細胞による骨形成も可能。ケラチンゲル、ケラチン薄膜は細胞培養基材や組織工学足場材料に適しており、以下の製品開発につながる可能性がある。・実験用の細胞培養の基材・組織工学製品の足場材料・化粧品、ヘアケア製品などの添加剤・生分解性の天然高分子材料・抗酸化能を持つ天然高分子材料ハイドロゲル圧縮により得られる薄膜は透明性に優れ、細胞観察に適している。特許論文参考URLキーワード１，Mater.Sci.Eng.C9119-252018２，Mater.Sci.Eng.C42146-1542014／Mater.Sci.Eng.C636902016http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100558_ja.htmlhttps://jglobal.jst.go.jp/detail/?JGLOBAL_ID=201801015163356908&t=1羊毛、ケラチン、ゲル、細胞培養、器材、スポンジ、透明シート、再生医療、足場、化粧品
ナノテクノロジー・材料ナノ粒子配列によるスマート金箔製作技術［工学研究科］教授椎木弘特徴・独自性薄膜形成は高密度実装等を支える重要技術であり、スパッタリングによる方法・蒸着による方法・無電解めっきによる方法等が実用化され、それぞれに技術的優位性がある。しかし、薄膜を形成する基材がフレキシブル素材の場合には、いずれの方法で形成した薄膜でも、温度変化や物理的ストレスに起因する形状変化により、薄膜の剥離や割れが生じやすいという課題がある。本研究では、金属ナノ粒子と被めっき基材との双方に結合もしくは相互作用するバインダー分子を介して、金属ナノ粒子を被めっき基材にワンステップで直接固定化する薄膜形成手法（ナノめっき法）を開発した。本手法によると、樹脂・ガラス・金属等の様々な素材上に高い密着性と柔軟性を持った薄膜形成が可能であり、金属ナノ粒子の粒径に基づいた膜厚での薄膜形成が実現できる。また、薄膜形成時に有害物質を使用しないため、環境負荷の低減にもつながる。社会実装と実用化への可能性本手法（ナノめっき法）の適用事例として、ビーズに金属ナノ粒子を固定化して薄膜形成した導電性ビーズの試作等を行い、その有効性を確認している。膜厚を金属ナノ粒子の粒径で制御可能であることから、必要最低限の金属使用量で薄膜を形成することができ、省資源・省エネルギー化の視点でも優位性の高い薄膜形成手法である。特許論文キーワード特願2020-136975複合膜，該複合膜を備えたセンサ素子，体脂肪率測定装置，及び電気化学セル装置，並びに該センサ素子を備えたウェアラブル測定装置特願2018-035153複合面状体およびその製造方法，それが形成された部材特許5502531号導電性繊維およびその製造方法特許4746897号プリント基板配線方法およびプリント基板製品特許3879982号プラスチックの金属めっき方法及びその方法でめっきされた製品H.Shiigi,T.Tomiyama,M.Saito,K.Ishiki,D.Q.Nguyen,T.Endo,Y.Yamamoto,X.Shan,Z.Chen,T.Nishino,H.Nakao,T.Nagaoka,SmartGoldenLeavesFabricatedbyIntegratingAuNanoparticlesandCelluloseNanofibers,ChemNanoMat,5(5),581-585(2019).薄膜、薄膜形成法、ナノ粒子、金箔、めっき
ライフサイエンス水稲育苗資材としての馬糞堆肥の有用性（馬糞たい肥の資材化）［生命環境科学研究科］准教授大江真道［工学研究科］馬術部OB伊藤みさご［理学系研究科］講師（馬術部副顧問）徳本勇人特徴・独自性農業従事者の高齢化に伴い、労働負担の軽減は重要な課題である。水稲栽培においては、育苗箱の運搬と田植え機へのセッティングは主に人の手で行われており、育苗資材の軽量化が望まれる。水稲の育苗では一般的に成形された粒状培土が用いられているが、土を主体とするため重量は重く、軽量培土は割高である。我々は馬糞や馬糞堆肥の軽量、取り扱いが容易、悪臭が少ない点に着目し、水稲栽培の新しい育苗培資材として活用できないか検討した。堆肥化の条件を最適化した馬糞堆肥とピートモスを7：3で混合し、水稲苗の生育に適したpHに調整した（調整馬糞堆肥）。キヌヒカリやヒノヒカリの栽培で、市販育苗培土と調整馬糞堆肥を比較したところ、発芽率や苗の生育速度には大きな差はなかった。一方、調整馬糞堆肥の方が、糸状菌の増殖抑制、ムレ苗病耐性が強く、葉色は鮮やかで枯れている部分はなかった。水田へ移植後の茎数や単位面積あたりの穂の重さは、両者で差がなかった。従って調整馬糞堆肥で育苗しても市販育苗培土ど同様の稲の収量が得られると考えられた。また育苗箱の重量は約半分となり、コストも市販培養土よりも大幅な削減が可能であった。市販育苗培土と調整馬糞堆肥で生育した稲の苗。大阪府高槻市で実施した実証試験社会実装と実用化への可能性馬糞の処理に課題のある乗馬クラブやトレーニングセンターとの連携で、更なる供給の安定化や低コスト化が期待できる。特許論文参考URLキーワード第29回廃棄物資源循環学会研究発表会B4-10P赤松亮介ら作物研究62：47－50（2017）伊藤みさごら馬糞堆肥、馬糞堆肥、水稲、育苗、育苗床、農業、高齢化、軽量化、コスト低減水稲、育苗、農業、高齢化、軽量化、コスト低減
ライフサイエンス果糖吸収阻害を作用機序とするユーカリ葉より抽出した内臓脂肪抑制物質［総合リハビリテーション学研究科］教授乾博特徴・独自性果糖（フルクトース）は単糖の一種で、果物等に広く含まれている他、砂糖を構成する糖質として普通に摂取されている。しかし果糖は、摂りすぎると肝臓で中性脂肪に変換され脂肪肝や肥満をきたすことや、糖尿病や老化の一因とされる糖化力が非常に高いため、世界保健機関は過剰摂取に対して注意を促している。我々は世界で初めて、ユーカリ葉抽出物に果糖吸収阻害作用があること、その有効成分はポリフェノールであること見出した。この果糖吸収阻害作用はヒトとラットで確認され、また果糖摂取による内臓脂肪の増加や脂肪肝の進行を抑制した。安全性面では、健常人20名にユーカリ葉抽出物を2,592mg/日、1カ月間投与したところ、有害事象は観察されなかった。このように、ユーカリ葉抽出物は果糖、砂糖、異性化糖（果糖ブドウ糖液糖）などの吸収を阻害し、少量で効果が期待される抗肥満素材である（参考推奨量は、砂糖20gまたは果糖10g摂取に対して12～42mg）。社会実装と実用化への可能性果糖は小腸から吸収され門脈血に放出される。ラットに果糖を投与すると門脈血の果糖濃度が上昇するが、ユーカリ葉抽出物の投与により上昇は顕著に抑制される。成人男性に果糖を接種させると内臓脂肪が増加するが、ユーカリ葉抽出物を同時摂取すると増加が抑制されるユーカリ葉由来ポリフェノールは、ユーカグランジン®として長岡香料株式会社より販売されている。本品は、果糖の吸収を抑制するこれまでにない機能性食品素材として多くの可能性を秘めており、健康の維持・増進を目的とした商品を開発される飲料・食品・健康食品企業との連携を希望します。ラット肝臓の染色病理標本。果糖を摂取したラットでは肝臓組織に脂肪滴が数多く検出されるが、ユーカリ葉抽出物を同時摂取すると脂肪滴はわずかで、脂肪肝はほとんど進んでいない。特許論文参考URLキーワード日本国特許第4809980号名称：抗動脈硬化剤日本国特許第4824886号名称：フルクトース吸収阻害剤、組成物、および食品SugimotoK.etal.,Br.J.Nutr.,93,957-963（2005）SugimotoK.etal.,FoodSci.Technol.Res.,16,509-512（2010）TakahashiY.etal.,BiomedRes.Int.,2015,ArticleID296207.http://www.npc-nagaoka.co.jp/business/functionalmaterial/yukagranjine/ユーカリ葉抽出物、ポリフェノール、果糖、脂肪肝、肥満、糖尿病、老化、動脈硬化
ライフサイエンスボタンボウフウの生理活性成分イソサミジンの化学合成法の確立［生命環境科学研究科］教授谷森紳治特徴・独自性セリ科の植物ボタンボウフウは、沖縄では「長命草」と呼ばれている。この植物には血管拡張作用、マクロファージの泡沫化抑制作用、排尿機能改善作用などがあるため、サプリメントや機能性食品として利用されている。その有効成分はクマリン化合物のイソサミジンであり、従来は主に長命草から抽出していたが、大量調製が困難で高価であるなどの課題があった。また化学的に合成する場合でも、ジオールの選択的アシル化に難があり、-80℃の極低音が必要で操作も煩雑であった。我々は、スズ化合物を用いる選択的アシル化法により、イソサミジンを効率的に合成する方法を世界で初めて確立し、この貴重な有用物質を大量かつ安価に入手できる道を開いた。またこの合成法は、誘導体合成が容易であること、光学活性体合成も可能などの利点も有している。イソサミジンの構造イソサミジンの化学合成社会実装と実用化への可能性今後は、イソサミジンの化学的大量合成法の確立や、誘導体合成によるライブラリーの構築を行う予定で、イソサミジン製造企業との連携を求めている。またイソサミジンを、サプリメント、機能性食品、医薬品等に利用している企業にも、安価で大量製造が可能な本技術は有用であり、ぜひ活用して頂きたい。特論許文特開2018-145120イソサミジン類縁体およびサミジン類縁体の製造方法参考URLキーワードhttp://www.biosci.osakafu-u.ac.jp/BMS/ボタンボウフウ、長寿草、イソサミジン、化学合成、サプリメント、機能性食品
ライフサイエンス生化学反応の光誘導加速システムとバイオ分析［LAC-SYS研究所］所長飯田琢也特徴・独自性ナノ・マイクロスケールの生体関連物質を「光」で誘導濃縮して生化学反応を加速するための原理を解明し、シンプルな構成で迅速かつ高効率にバイオ分析や薬物送達ができるオンデマンド型の『光誘導加速システム（LAC-SYS）』の開発を進めている。図１は光誘導加速システム（LAC-SYS）の概要を示す。食品検査・臨床検査・医薬応用・環境浄化のハイスループット化が図れる。図２は光濃縮の基本メカニズムを示す。光発熱効果による対流とマイクロバブルを⾼効率に液体サンプル内に発生させ、ナノ・マイクロ物質を誘導・濃縮・⾼密度集積するものである。図3は生体物質や細菌の検出について、従来法との比較を示す。◎DNA検出：従来技術より感度を3～6ケタ向上（fmol→zmol）、検出時間も1～2ケタ短縮できる（数時間→数分）◎タンパク質検出:3～6ケタ低濃度で検出（nｇ→fg,数時間→数分）◎細菌検査：時間を大幅向上（数日→数分）等、本技術は、既存技術を凌ぐ敏速性・感度を有し、また、ポータブルかつ簡便な光学系で世界トップのバイオセンサが実現できる。図１．光誘導加速システム（LAC-SYS）の概要図２．光濃縮の基本メカニズムの概念図社会実装と実用化への可能性本技術は、◎食品の安全性評価、環境浄化、エネルギー変換の高効率化、◎遺伝子疾患、癌を短期間でストレスフリーに診断、◎患部への選択的薬剤投与、細胞への希少薬剤影響評価等の用途に応用が期待される。図３．生体物質（DNAなど）や細菌の検出に関する従来法との比較特許特許6099108号、WO2014/192937、被検出物質の検出装置および方法特許6370532号、光熱変換素子およびその製造方法、光熱発電装置ならびに被検出物質の検出方法WO2018/159706、微小物体の集積装置、および、それに用いられる集積容器ならびに微小物体の集積方法論文Light-inducedassemblyoflivingbacteriawithhoneycombsubstrate,SciAdv.2020Feb;6（9）:eaaz5757.参考URLhttp://www.p.s.osakafu-u.ac.jp/~t-iida/LAC-SYS/index.html#5キーワード光誘導濃縮、光濃縮、LAC-SYS、バイオ分析
ナノテクノロジー・材料高温での強度・硬さに優れたNi基二重複相金属間化合物合金［工学研究科マテリアル］教授金野泰幸特徴・独自性金型や切削工具などには耐摩耗性に優れた工具鋼や超硬合金などが多用されているが、これらの材料は高温になると硬さが著しく低下し、耐摩耗性が劣化するため、高温でも高い強度と硬さを維持する耐熱材料が求められている。これを克服する材料として、二種類の金属間化合物の特長を活かしつつも、欠点を補う複相組織化に成功し、世界初の二重複相組織を有するNi基超々合金を開発した。GCP金属間化合物であるNi3Al（L12）相とNi3V（D022）相を微細・整合に配置した二重複相組織を有した構造を持つ（図１）。図２は、高温硬さ特性の比較を示す。本合金は、温度上昇に伴う硬さの低下が小さく、耐食性や耐酸化性にも優れるため、高温あるいは腐食環境下で使用される高耐摩耗材料として幅広くその活用が期待される。本合金は、溶解鋳造、粉末冶金、肉盛・溶射等の従来の金属製造技術も適用でき、多様な用途に対応可能な合金組成と材料特性のデーベースを構築して、新製品開発での協業体制も整えている（図3）。図１．Ni基超々合金の微細構造図２．高温硬さ特性の比較社会実装と実用化への可能性本合金は、高温または腐食環境下で使用される、熱間加工用金型等の耐熱工具、高温用軸受など耐熱摺動部品、摩擦撹拌接合用ツール、高温用ボルト・ナットなどの締結部品、タービンブレードなどの耐熱構造部材、高温センサなどの高機能部品等に応用が期待される。図３．本技術の内容まとめ特論許文特許5127144号、2重複相組織からなるVおよびTiを含有するNi3Al基金属間化合物及びその製造法，耐熱構造材特許5146935号、WO2007/086185、V及びNbを含有し、かつ2重複相組織を有するNi3Al基金属間化合物及びその製造法，耐熱構造材特許5162492号、高い硬度を有するNi基金属間化合物・EffectsofIronAdditionontheMicrostructuresandMechanicalPropertiesofTwo-phaseNi3Al-Ni3VIntermetallicAlloys,H.Kato,S.Semboshi,Y.Kaneno,T.TakasugiMetallurgicalandMaterialsTransactionsA,51,2469-2479(2020).・高温強度・耐摩耗性に優れたNi基超々合金の開発と将来展望、溶射技術、VOL.38-No.3、ｐｐ28-33．2019.・レーザメタルデポジションにより作製した炭化物粒子分散型Ni基金属間化合物合金肉盛層の組織と特性，田中美樹，山口拓人，千星聡，金野泰幸，高杉隆幸，日本金属学会誌,82（12）,451-460（2018）.参考URLhttp://mtr1.osakafu-u.ac.jp/IMI/キーワード耐熱材料、金属間化合物、Ni基超々合金
ライフサイエンス免疫を活性化して、ワクチンを細胞内に運ぶ。カルボキシ化多糖の力［工学研究科］准教授弓場英司特徴・独自性我々は、免疫細胞活性化と抗原の細胞内導入機能を併せ持つ機能性多糖で修飾したリポソームを用いる免疫誘導システムを開発した。さらに本システムに正電荷脂質を組み込むことで、免疫誘導能を飛躍的に高めることができ、invivoでアジュバントなしで抗腫瘍免疫の誘導が可能であった。具体的には、カードラン(βグルカン)にカルボキシ基を導入したpH応答性多糖（MGlu-Curd）を含むリポソームを調製し、そこに抗原を封入した。このMGlu-Curdリポソームは、免疫細胞（樹状細胞）のDectin-1に特異的に認識されて細胞を活性化するとともに、エンドソームでpH依存性の膜融合を起こして抗原を細胞内に送達できるため、抗原特異的な細胞性免疫を強力に誘導した。この免疫活性化能は、リポソームに正電荷脂質を加えることで、更に100倍以上増強が可能であった。このMGlu-Curdと正電荷脂質を含むリポソームは、マウス担がんモデルでも、アジュバントなしで抗腫瘍効果を示し、invivoにおいても強力な免疫誘導能のあることが示された。pH応答性多糖と正電荷脂質を含むリポソームによる免疫誘導システム。pH応答性多糖(MGlu-Curd)は、細胞内への抗原送達と強力な樹状細胞活性化能を有し、正電荷脂質は活性化能を更に高める。機能性多糖修飾リポソームによる細胞内への抗原送達社会実装と実用化への可能性本技術は、がん免疫療法、ワクチンの担体、生理活性分子の細胞内デリバリーシステムなどに応用が可能である。今後、大学や企業と共同で、封入する抗原や生理活性物質の選定、リポソームの安全性評価や製造法の検討などを通して、社会実装を図ってゆきたい。担がんマウス(E.G7-OVA担がんマウス)における免疫治療効果。MGlu-Curdリポソームは、樹状細胞を活性化するアジュバントであるモノホスホリルリピドA（MPLA）を含まない場合でも、腫瘍の増殖を強く抑制した。特論許文特許第5866724号ｐＨ応答性リポソーム特開2018-070539正電荷脂質と多糖誘導体を含む微粒子担体高分子論文集（2018)75(5)433-443参考URLキーワードhttp://www2.chem.osakafu-u.ac.jp/ohka/ohka9/index.htm細胞性免疫、リポソーム、機能性多糖、正電荷脂質、がん免疫、樹状細胞、PH応答性リポソーム、カードラン、免疫応答、抗がん
ナノテクノロジー・材料フロー化学プロセス用分離デバイスの開発［工学研究科］教授武藤明徳特徴・独自性有機合成化学プロセスにおいてミリサイズ以下の円管を使った連続合成（フロー合成）が注目されている。本法は従来実現できなかった高い選択性と短い反応時間、柔軟な量的調整が可能である。フロー合成の後段にはこれに対応した分離用装置が必要である。そこで、（1）迅速抽出のためのマイクロリアクター、及び仮にエマルジョンが発生した場合でも、（2）エマルジョンを交流電場印加により油相と水相に分離する解乳化マイクロリアクターを開発した。これらは有機物合成以外に高価金属イオンのリサイクルにも広く適用可能である。社会実装と実用化への可能性フロー合成において、水相と油相の分離と回収は必須の工程である。A：合流部は電磁駆動マイクロバルブで油相と水相を交互に注入する。B：溶媒の種類に依存しない計算通りのスラグ長を与えることができる。Ｃ：スラグ長が短いほど溶出は迅速になる。本方法はマイクロ化学プロセスにとどまらず、液液抽出全般に適用可能である。特に、エマルジョンの発生による長時間の操作時間、装置の大容量化、処理量の硬直化を抜本的に解決でき、有機合成、金属イオン回収・濃縮において実用化が期待される。A：矩形波の交流電場をかけることにより、エマルジョンを破壊し、水相と油相を分離させる。B:ほぼ1分間の矩形波電場の印可によりトルエン－水系の分離が完了する。C:矩形波では相分離できるが（上）、正弦波交流では、分液はできない（下）。トルエンのほか、o-,m-,p-キシレン、シクロヘキサン、ヘキサンを用いたエマルジョンでも同様に分液できる。特論許文参考URL特許6214025号解乳化装置および解乳化方法１，武藤明徳，ケミカルエンジヤリング，67,670-676（2016）,２，T.Yamamotoetal.,Proc.ofthe10thInternationalConferenceonSeparationScienceandTechnology（ICSST14）,HP-12（2014）,３，A.Mutoetal.,SolventExtr.IonExch.,35,61-73（2017）４，A.Mutoetal.,Sep.Purif.Technol.,156,175-182（2015）５，A.Mutoetal.,ColloidsSurfacesA.,506,228-233（2016）http://kyoindb.osakafu-u.ac.jp/html/100876_ja.htmlhttps://jglobal.jst.go.jp/detail/?JGLOBAL_ID=200901039877152628&t=1キーワードフロー合成、水相、油相、分離、エマルジョン、解乳化、矩形波交流電場、化学製品、金属イオン、リサイクル
情報通信高Q値シリコンナノ共振器の超スマート社会応用［工学研究科］准教授高橋和特徴・独自性本技術の高Q値シリコンナノ共振器は我が国発の革新的光デバイスであり、超小型・高機能光モジュールが開発可能で、超スマート社会のキーデバイス候補である。図１は、フォトニック結晶導波路と高Q値ナノ共振器の概要を示す。作製には、従来、電子線リソグラフィを用いてきたが、CMOS互換プロセスのフォトリソグラフィ（ArF液浸フォトリソグラフィ）で100万以上のQ値を実現している。世界最高Ｑ値を達成しているヘテロ構造ナノ共振器を用いて、マイクロワット閾値をもつシリコンラマンレーザーを作製した。図２は、その概要を示す。発振原理は、Q値が10万程度のOddナノ共振モードに閉じ込められた励起光がシリコン格子振動と相互作用してラマン散乱光を効率的に発生させ、ラマン散乱光はQ値100万以上のEvenナノ共振モードにさらに強く閉じ込めら、［100］方向に共振器を作製したことで両モードは強く結合して、ラマン散乱が増幅されレーザー発振が起こる。そのレーザー特性を図３に示す。閾値0.52μW、最大エネルギー効率19%、最大出力365nWが得られている。図１．フォトニック結晶導波路と高Q値ナノ共振器図２．シリコンラマンレーザーの概要社会実装と実用化への可能性本技術は、周波数モニター、革新的センサー、短距離光通信用多波長光源、人感センサー光源への応用が期待される。実用化に向けての課題は、電流励起化と高出力化（１０μW以上）である。図３．シリコンラマンレーザーの特性特許論文参考URLキーワード特許第5401635号、WO2014/030370、ラマン散乱光増強デバイス、ラマン散乱光増強デバイスの製造方法、ならびに、ラマン散乱光増強デバイスを用いたラマンレーザ光源High-QresonantmodesinaphotoniccrystalheterostructurenanocavityandapplicabilitytoaRamansiliconlaser,Phys.Rev.B88,235313（2013）.https://www.youtube.com/watch?v=GGwiD6TaBpo高Q値シリコンナノ共振器、シリコンラマンレーザー、CMOS互換プロセス、シリコンフォトニクス
ライフサイエンス機能性ペプチド修飾型エクソソームでがん標的［理学系研究科］教授中瀬生彦特徴・独自性細胞間コミュニケーションに関与するエクソソームは、薬物の内包が可能であり、次世代の薬物運搬体として大きく期待されている。我々はエクソソームを基盤にした薬物送達ツールの研究を進めており、混合するだけでエクソソーム膜表面に機能性ペプチドを修飾できる技術を開発した。これは煩雑な遺伝子工学技術を用いておらず、エクソソームに簡単に機能付与が可能である。またpH感受性膜融合ペプチドを利用したエクソソーム内包薬物の高効率なサイトゾル放出技術や、人工ヘリックスペプチドを用いたがん受容体標的技術等も開発しており、これらを用いることで、がんを標的とするテーラーメイド治療・診療が可能となる。具体的には①患者や機能性細胞等からエクソソームを採取、②エクソソームに抗がん剤等の薬物を内包、③エクソソーム膜表面にがん受容体等を標的とする機能性ペプチドを搭載、④患者に投与、という自己エクソソームを用いたがん標的薬剤の調製が可能となる。なお本技術は、がんのみならず、様々な疾患の診断・治療に応用可能である。機能性ペプチド修飾型エクソソームの受容体標的と細胞内移行自己エクソソームを用いたがんのテーラーメイド治療社会実装と実用化への可能性基礎技術や生産技術レベルを一層向上させるために、企業やアカデミア・医療現場との強い連携体制を整え、治療や診断に実践的に貢献できる技術開発を進めたい。特許WO2016-076347外来物質の細胞内への導入方法ならびに該方法に用いる材料論文・ScientificReports5（1）:10112CombinedtreatmentwithapH-sensitivefusogenicpeptideandcationiclipidsachievesenhancedcytosolicdeliveryofexosomes・MEDCHEMNEWS30（1）37-42（2020）参考URLhttp://nakaselab.com/キーワードエクソソーム、ドラッグデリバリーシステム、機能性ペプチド、がん、テーラーメイド医療
ライフサイエンスナノテクノロジー・材料高次機能を発現させたフォトニックデバイス開発とセンサー応用［工学研究科］准教授遠藤達郎特徴・独自性我々の常日頃の健康維持・管理には、医療機関に赴くことなく簡便・迅速に健康状態を知ることができる装置が必要である。本技術は、安価・簡便に作製可能なナノインプリントリソグラフィーを基盤技術として作製したナノ周期構造を有する光学素子「フォトニック結晶（Photoniccrystal:PhC）」およびPlasmoniccrystal:PC）」中へ異種材料を包含させることで、イオン認識機能をはじめとした高次機能を発現させ、高感度かつ簡便に感染症や癌、生活習慣病、神経変性疾患等の疾病診断が可能なバイオセンサーの開発を行うものである。図２、図3には、ナノインプリント製PhCを用いたタンパク質（フィブリノーゲン）、インフルエンザウィルス検出・定量の例を示す。高感度な検出が得られている。図１．プリンタブルフォトニクス製PhC（ナノインプリント技術で作製したPhC）図２．ナノインプリント製PhCを用いた非標識バイオ分析社会実装と実用化への可能性本技術は、安価・高感度かつ簡便なバイオセンサーを実現できるもので、簡易医療診断（神経変性疾患、癌、生活習慣病、感染症）、食品衛生検査（食中毒、農薬、重金属）環境モニタリング（揮発性有機溶媒、ダイオキシン）、細胞非染色イメージング（代謝挙動観察）、IoTを指向したセンシングシステムへの応用が期待できる。図３．プリンタブルフォトニクス製PhCを用いたバイオセンサーの応用例（血液凝固因子であるフィブリノーゲン（タンパク質）検出、インフルエンザウイルス検出）特許論文参考URLキーワード特願2013-078232、光学センサー及び該センサーの作製方法特許5488469号、WO2010/044274、光学式センサーおよびその製造方法並びに光学式センサーを用いた検出方法Reflectometricdetectionofinfluenzavirusinhumansalivausingnanoimprintlithography-basedflexibletwodimensionalphotoniccrystalbiosensor,SensorsandActuatorsB148（2010）269–276.https://www.youtube.com/watch?v=-rXbKRRO_18ナノインプリント、フォトニック結晶（PhC）、プラズモニック結晶（PC）、バイオセンサー
