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機能創成デバイス工学

世界最先端・独自の研究データは、オリジナルのナノ・マイクロメートルオーダー(10-6〜10-9 m)精度の微細加工技術やデバイス、それらを融合した先端計測技術から生じるものと考えて研究を行っています。創造的・独創的なナノ・マイクロシステムの研究開発に資する3次元微細加⼯と機械システム工学に基づいた設計・解析を主な基幹技術として、量子干渉効果を用いたチップスケール原子センサや医薬品開発・疾病機序解明における革新的なツールとして期待される組織チップ(Organ-on-a-Chip, Body-on-a-Chip)へ展開しています。現在は下記に示すナノ・マイクロ科学領域における4つの研究分野における基礎的な学理の解明・構築を進めるとともに、世界をリードする分野融合型研究や産学連携にも積極的に取り組んでいます。

    教員

    平井 義和 ( Yoshikazu HIRAI )

    講師(工学研究科)

    研究テーマ平井 義和

    界最先端・独自の研究データは、オリジナルの微細加工やデバイス、計測技術から生じるものと考えて研究を行っています。創造的・独創的なナノ・マイクロシステムの研究開発に資する3次元微細加工と機械システム工学に基づいた設計・解析を主な基幹技術として、量子力学的な干渉効果を用いたチップスケール原子センサデバイスや医薬品開発における革新的なツールと期待される臓器チップの技術開発など、分野融合型研究にも積極的に取り組んでいます。

    連絡先

    桂キャンパス C3棟 a2S03室
    TEL: 075-383-3715
    E-mail: hiraiアットマークme.kyoto-u.ac.jp

    研究テーマ・開発紹介

    半導体製造技術をベースとしたナノ・マイクロメートル精度の微細加工技術を使って、センサ・アクチュエータ、流体チップなどのナノマイクロデバイスの設計・作製に関わる基礎研究とその応用を研究領域としています。機械システム工学をベースとした基礎研究では、学際融合型研究(物理学、バイオ、医療)や国際連携研究に積極的に取り組むとともに、最新の研究成果を社会還元すべく民間企業との共同・受託研究も進めています。

    1. ナノ・マイクロデバイスの設計論と3次元微細加工
    2. 高性能チップスケール原子デバイスの開発
    3. オンチップ量子センシングデバイスの創製と応用
    4. センサ・マイクロ流体技術を利用したヒト生体模倣システム(Body on a Chip)の創製と疾病機序の解明
    5. 膜タンパク質の機能制御機構を解明する1分子動態計測技術

    ナノマイクロ加工:3次元微細加工技術と設計論の構築

    多様化が進むナノ・マイクロデバイスの高機能化・高性能化に対応する独自の3次元微細加工・集積化技術(シリコン、感光性樹脂)の開発と機械システム工学に基づくデバイス設計・解析の方法論の構築を行なっています。これらの研究をベースに、微細加工用装置の製品化やプロセス開発支援シミュレータの開発、さらにこれらの開発技術を応用したこれまでにない高機能デバイスの設計・開発・製造なども民間企業と連携して進めています。 

    ポジ型感光性樹脂の3次元マイクロ構造体
    ポジ型感光性樹脂の3次元マイクロ構造体

    ナノマイクロデバイス:高性能チップスケール原子デバイスの開発

    量子科学技術を応用した高度な操作・制御技術の進展により、センサの感度や計測分解能を極限まで高める研究が活発になっています。次世代情報通信基盤(Beyond 5G/6G)や自動運転技術のキーデバイスとなる超小型原子時計(※PCや腕時計に搭載されている時計より約1万倍も正確な小さな時計)の要素技術開発を中心に、細胞内のわずかな生命現象の変化を捉えることのできるダイヤモンド量子センサを搭載した先端計測デバイスなどの研究開発を進めています。

    小型原子時計用アルカリ金属ガス封入セル
    小型原子時計用アルカリ金属ガス封入セル

    マイクロバイオシステム:センサ・マイクロ流体技術を使った生体模倣システムの創製

    マイクロ流体チップとヒト由来細胞を使ってヒト体内のしくみを模倣する「ボディ・オン・チップ」は、動物実験を補間する創薬試験デバイスとして世界的に注目されています。本研究室では、機械システム工学に基づいた組織チップの設計・加工技術の開発、また組織チップにセンサを集積して細胞組織や臓器間相互作用をリアルタイムで計測・分析する技術基盤を構築することで、新しい医薬品の開発や疾病機序の解明のスピードアップを目指しています。

    臓器間相互作用を模倣できる組織チップ
    臓器間相互作用を模倣できる組織チップ

    ナノバイオ科学:膜タンパク質の機能制御機構を解明する1分子計測技術

    細胞膜に存在する大きさ約10nmのイオンチャネル蛋白質は、ヒトの感覚を制御する生体センサとして働くことが既に知られています。様々な計測技術の発展によりイオンチャネルの立体構造解析は進んでいますが、本質的な機能やメカニズムは未解明のままです。そこで本研究室では、物理・化学的刺激によってイオンチャネルが機械のように動く様子を白色X線と金ナノ結晶を使ってその場で動画計測する「X線1分子動態計測」の技術確立に取り組んでいます。これらの研究成果は、生命活動の核心に迫る未知の研究課題へつながることが期待されています。

    イオンチャネルの動きを捉える1分子計測
    イオンチャネルの動きを捉える1分子計測