名古屋大学グローバルCOEプログラム マイクロ・ナノメカトロニクス教育研究拠点
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研究成果

2010/06/01 (Tue)
 平成21年度

教育研究拠点形成に係る具体的な成果

1)本事業に関連して,世界的な研究拠点に向けて改善・整備等されたこと

世界のマイクロ・ナノテクノロジーをリードする人材の育成のために整備した博士課程後期課程大学院生のための教育カリキュラムが機能し,基礎学力をベースにして課題解決力を身につけ,それを国際的な環境で発揮できる人材の育成が進んだ.高いレベルの研究の維持とともに,ニーズを把握する力や世界的な視点からの研究課題の提案力を持つ人材養成のために実施したUCLAとの連携や学生の海外派遣,世界トップレベルの研究者招聘,国際会議の毎年開催など国際的に卓越した教育研究拠点形成のために計画された事業は着実に進められた.
研究機関だけではなく,産業界で活躍できるリーダー養成のために実践的教育やプロジェクトの中での研究経験を与え,産学連携セミナーなどを通してリーダーとしての心構えを身につける教育も実施した.世界をリードし,世界に開かれたマイクロ・ナノメカトロニクス拠点形成としてのグローバルCOE後の継続的発展に配慮して工学研究科内に「マイクロ・ナノメカトロニクス研究センター」を設立し,教育研究環境の整備を着実に進めた.世界への情報発信やマイクロ・ナノメカトロニクスの学術に関する求心力を高める研究グループが構築されつつあり,着実に成果が上がっている.

2)研究等によって得られた新たな知見

<ナノ制御学>
1.電顕下ナノマニピュレーション技術を応用し,金属ナノワイヤの成長を実験的に評価・解析した.環境制御型電顕内でのナノマニピュレーション技術を応用し,ナノプローブにより単一細胞の導電性・基板間付着力を計測・評価した.セミクローズド・マイクロチップを提案し,ピペットによる接触操作とチャネルによる溶液換を両立させた.マルチロコモーションロボット制御において,2足歩行の移動方向制御手法の提案,歩行開始運動設計,梯子昇降運動を実現した.複数移動ロボットの高精度位置検出センサネットワークを構築し,複ロボットビジョンによる移動体トラッキングへの有効性を示した.
2.光駆動ナノマシンを用いて,細胞や生体分子を3次元空間で自由に操作しながら,マシン及び操作対象物の位置や変形を,任意の方向から,リアルタイムで3次元観察・記録することができる新たな操作・計測システムを開発した.
3.皮膚表面からの電気刺激によって圧覚をヒトに知覚したと感じさせる方法を検討し,それに適した刺激条件を明らかにした.マウスの筋組織に運動ニューロンを人工的に成長・進入させることに成功し,運動を制御する神経インターフェースの基礎を創った.歩行リハビリテーション用の外骨格型の下肢装具を対象者の機能に合わせて制御する方法を検討し,実験により歩行開始動作のアシストが可能であることを確認した.

<ナノ計測学>
1.光ファイバプローブを用いた表面力計測法において,微小摺動すきまの液体薄膜の力学特性計測のための課題抽出と新規計測系を試作した.DNA分離チップの設計指針構築の見通しを得た.
2.マイクロデバイス内部の圧力分布を計測可能な高秩序感圧分子膜の開発および高クヌッセン数流れに適用した際の計測メカニズムを明らかにした.マイクロデバイス近傍の流れ場解析に重要な適応係数を低圧下で計測する方法およびマイクロチューブを用いて計測する方法の開発およびそのための実験装置を構築した.
3. 培養した骨髄幹細胞を用いて,細胞内1 μm深さ範囲における近接場マイクロ波の計測を行った.75 GHz〜110 GHz帯域のマイクロ波を掃引することにより,各周波数における近接場マイクロ波の振幅および位相の変化の高精度計測を実現した.
4.細胞質細胞骨格と核膜との空間構造を明らかにすることができた.これまでの光顕観察とは異なり極めて多数のアクチン線維が各所で集合離散をし,細胞質内を空間的ドメインに分けながら核膜を包み込んでいる.
5.マッハ数2の超音速流れの中にパルス幅10nsのレーザーパルスを繰返し照射することによってもたらされる圧力変調を利用し,抗力を低減できることを実証した.付与したレーザーパワーに対して,抗力低減で節約されたパワーは10倍にもなり,世界のトップデータとなった.

<ナノ設計・製造学>
1.マイクロナノメカトロニクスを支える精密微細加工等に関して研究を行い,新しい振動抑制技術やナノメートルオーダの微細表面加工技術等に関する成果を得た.
2.単結晶シリコンは,厚さが約1ミクロン以下になると,室温でも非脆性的な破壊を示すが,約-40℃以下の環境では脆性破壊することが判り,破壊挙動に温度・寸法依存性があることが明らかになった.
3. Ni系溶射材によるマイクロオーダーの薄膜が,実機微粉炭燃焼ボイラにおける灰付着の軽減に貢献した.

<ナノ材料学>
1.高電荷密度を有する高分子電解質ブラシ (ポリスチレンスルホン酸ブラシ:PSSB) を金属材料表面 (チタン等) に成膜することで,金属材料表面へのタンパク質や細胞の吸着量を制御することができた.
2.ナノ・マイクロレベルで表面を制御したアモルファス・ライク・アナターゼ皮膜を各種水溶液プロセスにより作製し,in vivo評価と濡れ性,表面電位,たんぱく質吸着量,官能基吸着などの化学的特性の相関関係を明らかにした.
3.ナノチューブ接合部の原子配置の違いにより,チューブ全体として半導体にも導体にもなることが分かった.また,サブミクロンオーダーの微細積層複合材料中における転位の弾性場の特徴を調べた.
4.温度上昇に伴い変成したタンパク質の炭素鋼棒への付着防止のため,直流電圧+-200Vまで炭素鋼棒に印加した.その結果,正負両電圧ともに最大44%の付着力の減少が認められた.

<応用研究>
1.3次元ナノテクノロジックマトリックスは骨再生材料として有効であることが示唆された.また歯髄幹細胞は骨,軟骨,皮膚,神経疾患などの治療に応用できることが示唆された.
2.ES,iPS細胞をコラーゲン等基質上で様々な試薬を加え,無血清培地で,筋肉,骨,軟骨,胸腺上皮,血管に分化させ,これらをマウスに移植し,生体内で細胞が生着することを確認した.




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