無機材料物性学、薄膜プロセス工学、生体適合材料学、協調機能デバイス工学

複合構造制御によるトンネル磁気－誘電（TMD）効果材料に関する研究／複合構造制御によるトンネル磁気－光学（TMO）効果材料に関する研究／金属－セラミックス系ナノ複相構造薄膜の機能物性に関する研究／金属チタンのプラズマ酸化による骨伝導性インプラント材料の開発

金属とセラミックスは、ナノサイズで複合化すると従来に無い機能物性を発現します。当研究室では『トン ネ ル磁気－誘電（TMD）効果』や『トンネル磁気－光学（TMO）効果』などの新機能物性を見いだしました。磁性物理学、医工学、材料工学等の学際融合研究によって「ナノ複相構造薄膜による新機能材料の創製」という新領域の開拓を行っています。

hiromasu[at]fris.tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

磁性薄膜、室温接合技術、薄膜プロセス工学、電子デバイス工学

室温接合技術（原子拡散接合法）とそれを用いたデバイス形成に関する研究 ／大きな磁気異方性を有する磁性薄膜の形成と超高密度ストレージへの応用研究

金属ナノ薄膜の原子再配列現象を利用して、同種あるいは異種のウエハや基材を室温で接合する原子拡散接合法を提案し、それを用いた新しいデバイス形成に関する研究を展開しています。また、その基礎となった薄膜形成技術を用いて、超高密度磁気ハードディスク等に応用する磁性薄膜の研究も行っています。

材料・プロセス工学、ナノ材料科学、化学工学

カーボンニュートラル社会実現に資する、物質変換プロセスの開発／動的な材料界面の理解に基づく、材料のマルチスケール構造制御／高温高圧流体の電気化学の開拓と応用

反応場として高温高圧流体、超臨界流体を用い、材料・プロセスを制御することが、当研究室の特長です。炭素循環社会の構築を目標として、物質変換を高効率化するナノ材料・触媒の複階層構造制御プロセス開発、さらにナノ材料特性を最大限に生かした高効率物質変換プロセス設計に取り組んでいます。

takaaki.tomai.e6 [at] tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

非平衡材料学、金属相変態、材料組織学、粉末冶金学

ランダム構造金属材料の不規則性制御に関する研究 ／ガラス構造合金の変形機構に関する研究／金属過冷却液体の安定化機構に関する研究／ナノ構造物質の創製と物性評価に関する研究

アモルファス、ガラス合金といった金属系ランダム原子配列材料は、人類が長い間用いてきた結晶構造材料にはない優れた特性を発現します。当研究室では数学・基礎物理学・材料工学等の異分野融合による「ランダム原子配列構造の評価と制御」という新しい材料学を構築することを目指しています。

jsaida[at]fris.tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

電気化学、ラマン分光学、 燃料電池、表面科学

革新型蓄電池の研究開発／ポストリチウム電池の研究開発／電気化学エネルギー変換デバイスの高性能化と長寿命化／ラマン分光法による電極反応の研究開発

現在のリチウム２次電池を凌駕する革新型蓄電池の研究開発を行っています。この研究開発はナショナルプロジェクトの一環として国内外から期待されており、より良い社 会に根ざした研究を展開しています。

itoh[at]fris.tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

細胞生物学、神経科学

軸索輸送における微小管と分子モータータンパク質の機能解析／線虫の分子遺伝学を用いた新規の神経細胞の形態形成遺伝子の同定／ゲノム編集による神経疾患モデル線虫の解析

ナノメートルオーダーの分子の世界の力学が細胞の形を司り、その異常がヒトの疾患の原因となっていることに関心を持っています。小さな研究グループですが、世界を驚かせるような研究成果を目指しています。

shinsuke.niwa.c8[at]tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

天文学・宇宙物理学

宇宙物理学の理論研究／特にブラックホールが関係する極限的現象の研究／共同研究として行う天文観測・数値シミュレーション

大きな報道発表になった『ブラックホール撮影』の国際チームの一員でもあります。FRISの若手研究者と共同で生命科学や工学の研究、また様々な分 野 の 学 問を扱うオムニバス書籍の執筆なども行なっています。常に異分野の研究者から刺激を受ける日々です。

toma[at]fris.tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

バイオエレクトロニクス、医工学

複雑な生体システムとインタフェースできる多次元・多階層計測操作技術の創出

「金太郎飴」の作り方と似ている熱延伸技術を利用し、電極、光導波路、微小流路、バイオセンサなどの機能を集積した多機能ファイバの研究開発を行なっています。開発した多機能ファイバ技術を生体内に埋め込んで、複雑な生体活動のメカニズムの解明に関する研究を進めています。また、脳波や汗などの多様な生体信号を計測・操作できるファイバ・テキスタイルを開発し、ヒト心身状態をモニタリングでき、脳-身体-周囲環境の相互作用についての研究も取り込んでいます。

yyuanguo[at]fris.tohoku.ac.jp / yuanyuan.guo.a4[at]tohoku.ac.jp( [at] を @ に変えてください)

生化学、タンパク質科学

タンパク質品質管理の破綻から引き起こされる各疾患の理解

細胞は、新規に合成されたタンパク質の天然構造の構築を促し、その品質を管理するための巧妙なしくみを備えています。タンパク質の品質管理の破綻は、神経変性疾患やⅡ型糖尿病などを引き起こす原因となっていることは広く知られています。そこでオルガネラの1つ小胞体においては、厳密にタンパク質の品質を管理するための因子が多く存在します。特に、小胞体内は他のオルガネラと比べ酸化的な環境であり、タンパク質中にジスルフィド結合(チオール基間の酸化)を導入する環境であり、近年、哺乳動物細胞の小胞体においてジスルフィド結合を触媒する20種類以上ものProtein Disulfide Isomerase (PDI)ファミリー酵素群が見つかってきました。しかしながら、それぞれPDIファミリーの構造や機能がわかっていないものも多く、さらに各PDIファミリーによる多種多様な基質認識の機構や触媒機構も殆どわかっていません。そこで、1分子観察、溶液構造解析、X線結晶構造解析、細胞生物学や生化学的アプローチにより、PDIファミリーによる基質触媒機構の解明を目指し、細胞が備えるタンパク質品質管理を明らかにします。細胞のタンパク質品質管理の破綻は、糖尿病や神経変性疾患を引き起こすことが知られており、本研究成果はこれら疾患の分子レベルでの成因解明にも繋がると期待しています。

okmasaki [at] tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

神経行動学、行動遺伝学

記憶の形成と長期化を司る分子・神経回路メカニズムの解明、依存性薬物への嗜好性の制御メカニズムの解明

私たちのアイデンティティは過去の経験、つまり記憶によって形成されます。長期にわたる記憶情報の保存には、記憶の固定化と呼ばれるプロセスを経ることが必要であることが、これまでの研究によってわかっています。50年以上前の研究によって、記憶の固定化には、学習後に新しくタンパク質が合成されることが必須であることが示されています。ところが現在においても、2万種類以上存在するタンパク質のうち、どれが合成されて記憶を固定化するのかについては、その多くが未解明のままです。この問題の解決が遅れている理由として、脳は非常にヘテロな細胞集団であり、記憶情報が書き込まれるごく一部の細胞で合成されるタンパク質を捉えるのが難しいという点が挙げられます。

私はショウジョウバエをモデル系として使うことで、砂糖報酬や電気ショック罰と匂い情報の連合記憶が書き込まれる神経回路を細胞レベルでこれまで探索してきました。最新の分子生物学的手法によって、特定の細胞で合成されるタンパク質を検出し、標識し、その機能を特異的に操作することが可能になりつつあります。記憶が書き込まれたシナプスでどのような変化が起きているのか、分子のレベルで解明したいと考えています。

toshiharu.ichinose.c1 [at] tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

天然物化学、有機化学、生化学

神経毒テトロドトキシンの新規類縁体の探索、生理活性評価、生合成研究、微生物由来の新規二次代謝産物の探索、放線菌シグナル分子の研究

生物は生命活動自体には必須な一次代謝とは別に、二次代謝と呼ばれる経路を持ちます。二次代謝による生産物（二次代謝産物）は多種多様な生理活性を持ち、臨床医薬品の約6割が二次代謝産物に由来しています（抗生物質、抗がん剤、農薬など）。一方、二次代謝の機構は未だ理解が乏しく、その潜在能力が有効に活用されているとは言い難いです。微生物、特に研究室での取り扱いが困難な難培養性微生物は環境中の99%以上を占めると言われ、未利用の二次代謝資源の宝庫といえます。培養に依存しない遺伝子配列解析技術であるメタゲノム解析と化学分析の手法を駆使した二次代謝研究を展開します。

yuta.kudo.d5 [at] tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

有機合成化学、ケミカルバイオロジー

タンパク質チロシン残基の化学修飾法開発、抗体の化学修飾による機能化、触媒近接環境での化学修飾法開発

有機化学を基盤として生命現象解明・制御を可能にするツールの開発に取り組んでいます。タンパク質のアミノ酸残基と合成低分子化合物の間に共有結合を形成させるタンパク質化学修飾法は、近年注目される抗体薬物複合体の作成、タンパク質を基盤としたバイオマテリアル創出、生物活性分子の標的同定において必要不可欠な技術です。佐藤はタンパク質化学修飾法のなかでも、チロシン残基を標的とした手法や、ラジカル反応を活用した局所環境選択的な手法を独自に開発し、応用研究を行っています。

shinichi.sato.e3 [at] tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

バイオセンサー、エネルギー関連触媒、高分子化学、バイオマテリアル、生物模倣材料

多細胞集団における神経伝達物質放出挙動の評価・解析に向けた電気化学イメージングデバイス、白金代替燃料電池触媒電極の創出、３次元細胞足場材料、機能性高分子材料、生体模倣材料

生体組織から放出される神経伝達物質や代謝物質等を定量的に評価できる電気化学デバイスの開発を行なっています。特に多数の電極が基板上に配列した電気化学イメージングデバイスの研究開発を行なっています。これまでに、材料・細胞活性評価（特に神経伝達物質）を評価してきました。現在は様々なバイオサンプルの高感度・選択的測定に向けて研究を進めています。他、水素社会、CO₂問題などの様々なエネルギー問題解決に貢献可能な高活性電極触媒の設計、合成、評価を行っています。例えば、生物から着想を得た高活性な酸素還元触媒電極の開発に成功しています。高分子化学や材料科学、生物工学等の知識を活かし、3次元細胞足場材料や様々な高機能材料（接着、力学応答、温度応答材料等）の設計開発や基礎物理現象の解明に挑戦しています。

hiroya.abe.c4[at] tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

太陽系科学分野の発展・新たな文明圏創出には、深宇宙探査より活発に行う必要があります。惑星探査を行う人工衛星が月以遠の深宇宙探査を行うために、宇宙推進システム（ロケット）が必要です。

短期間に所望ミッションを実現するためには化学ロケットが必要になりますが、危険物等を用いる液体・固体ロケットの取り扱いは困難です。ハイブリッドロケットは、固体と液体を組合せた推進剤を用いており、火薬類や危険物を用いないことから安全管理が安価なため、深宇宙探査をより活発にするための有力なロケットの一つです。

私は、マイクロ拡散火炎群によって成立する革新的ハイブリッドロケットの研究を進めております。また、当ハイブリッドロケットの燃焼機構を基礎燃焼学レベルで理解を進め、さらなる性能向上を目指しております。学際研究・産学／国際連携によって、当ハイブリッドロケットの宇宙実証を目指し、太陽系科学分野の発展・新たな文明圏創出に貢献します。

yuji.saito[at] tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

物性物理、スピントロニクス

スピン起電力の理論研究

1831年、イギリスの物理学者ファラデーは、コイルの近くで棒磁石を動かすと、コイルに電流が流れることを発見しました。これは今日、電磁誘導の法則として知られています。電磁誘導は、発電やモーターの基礎原理として現代文明を支える重要な現象です。物理的には、動いている磁石の運動エネルギーが、電磁気的な相互作用を介して起電力に変換される、と理解することができます。

そして2009年、スピン起電力と呼ばれる、全く新しい起電力の観測が報告されました。スピン起電力では、磁石を動かしません。「動く」のは、磁石の内部に存在するナノ磁気構造です。この時、磁石の持つ磁気的エネルギーが、量子力学と呼ばれるミクロな世界を支配する物理法則に基づいて、起電力に変換されるのです。興味深いことに、量子力学の観点から見ると、スピン起電力と電磁誘導には深い関係があることがわかっています。どちらも、電子の波動関数が獲得するベリー位相の時間変化として理解することができるのです。二つの現象は、ベリー位相の起源が、電子が持つ「電荷」であるか「スピン」であるかによって区別されます。

スピン起電力は新しい現象であると同時に、非常に基礎的かつ磁性体に普遍的な現象です。スピン起電力への理解をさらに深め、そのナノテクノロジーにおける可能性を追求していくことが、私の研究の目標です。

yuta.yamane.e8[at] tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)

天体物理、宇宙線物理

我々の住む宇宙は「宇宙線」と呼ばれる高エネルギーの荷電粒子で満たされています。高エネルギー宇宙線の速度は光速の99.9999999999%にも達します。そのような粒子の起源天体と生成機構はまだわかっていません。高エネルギー宇宙線はブラックホールの周囲など極限状態にあるプラズマで生成されたと考えられており、宇宙線の起源天体や生成機構の解明は極限状態の物理現象の探究に繋がります。 荷電粒子である宇宙線は星間磁場によって曲げられてしまうため、宇宙線の観測からその起源天体を同定することは困難です。宇宙線は周囲の粒子と相互作用することで、電荷を持たない素粒子であるニュートリノを放射します。ニュートリノは曲がることなく地球へと到達するため、ニュートリノ信号を用いることで宇宙線起源天体を同定することが可能となります。この手法は、伝統的な天体観測手法である電磁波信号に加えてニュートリノ信号を用いるため、「マルチメッセンジャー天文学」と呼ばれます。

私は、さまざまな宇宙線起源候補天体に対し、宇宙線が放射するニュートリノ信号と電磁波信号を理論的に予言し、観測データと比較することで宇宙線起源天体を探索しています。また、ブラックホール周囲などで実現する極限状態のプラズマ中での宇宙線生成過程を、数値シミュレーションを用いて研究しています。極限プラズマにおける宇宙線生成数値シミュレーションと、天体から放射される粒子信号・電磁波信号の理論予言とを用いて理論モデルを精密化し、近い将来に得られる豊富な観測データと照らし合わせ、謎に満ちた宇宙からの高エネルギー粒子の起源と生成機構を明らかにしたいと考えています。

shigeo.kimura.b8[at] tohoku.ac.jp ( [at] を @ に変えてください)