学術的背景 地球規模の気候変動の進行に伴い、建築物のエネルギー消費、特にエアコンシステムのエネルギー消費が増加し続けています。統計によると、建築物のエアコンシステムは世界の年間電力消費量の約10%を占めており、この数字は二酸化炭素排出量の増加と共に上昇し、地球温暖化の悪循環をさらに加速させています。受動的放射熱管理技術、特に選択的なスペクトル変調を利用した放射冷却技術は、この問題を解決する可能性のある手法として注目されています。この技術は、太陽光（0.3-2.5 μm）を散乱させ、大気窓（8-14 μm）を通じて熱を宇宙空間（約3 K）に放射することで、追加のエネルギー投入や環境汚染を必要とせずに自動的に温度調節を実現します。 しかし、既存の放射冷却材料、例えばガラス、ブロック、フィルム、コ...
学術背景 組織修復の過程において、慢性低酸素（chronic hypoxia）は幹細胞の機能に悪影響を及ぼす。骨膜幹細胞（Periosteal Stem Cells, PSCs）は骨修復の主要な貢献者であり、低酸素条件下でのその機能の変化はまだ明確ではない。低酸素は組織修復の初期段階では一部の幹細胞にとって有益であるが、長時間の低酸素は細胞死（apoptosis）を引き起こし、骨再生を妨げる。したがって、時間のニーズに応じて酸素供給を精密に調節できるシステムを開発することは、PSCsの機能を最適化し、骨再生を促進する上で重要である。 本研究は以下の問題を解決することを目的としている： 1. 低酸素がPSCsに及ぼす時間的影響：低酸素はいつ有益から有害に転じるのか？ 2. スマート酸素供給シス...
学術的背景 傷口感染は、世界中の患者や医療専門家にとって重要な問題であり、特に深刻な傷を扱う際に不適切な包帯は感染リスクを高め、治癒時間を延長し、さらには死亡率の上昇や経済的負担を引き起こす可能性があります。従来の包帯、例えばガーゼやバンドエイドは広く使用されていますが、多くの制約があります。例えば、ガーゼは過剰な出血を引き起こす可能性があり、手などの部位の動きを制限する一方、バンドエイドは通気性がなく、発汗後に傷口が湿りやすく、感染リスクを高めます。したがって、感染を効果的に防止し、良好な通気性、伸縮性、防水性を備えた新しい包帯の開発が現在の研究の焦点となっています。 近年、ナノファイバーやマイクロファイバー膜はその柔軟性と優れた変形能力から、傷の修復において大きな可能性があると考えられて...
学術的背景 スマートウェアラブルデバイスの急速な発展に伴い、圧力センサーはコアコンポーネントとして、健康モニタリング、ヒューマン・マシン・インタラクション、人工知能などの分野で広く注目されています。圧力センサーはそのセンシング原理に基づいて、主に容量式、圧電式、摩擦電気式、圧抵抗式などに分類されます。その中でも、圧抵抗式圧力センサーは構造が単純で感度が高く、製造コストが低いため、研究のホットスポットとなっています。しかし、高感度を実現しながら検出範囲を拡大することは、圧抵抗式センサーの実際の応用における大きな課題です。 グラフェンはその優れた導電性、高い比表面積、卓越した機械的強度により、センサーフィールドで優れた性能を示しています。しかし、グラフェンは実際の応用において、その機械的および電...
超弾性フェニルアラニンジペプチド結晶繊維のウェアラブルおよびインプラント可能なバイオエレクトロニクスへの応用 背景紹介 柔軟なバイオエレクトロニクスの急速な発展に伴い、高い弾性、通気性を持ち、人体と共形変形を実現する圧電材料とデバイスの開発が重要な研究課題となっています。従来の無機圧電セラミック（酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛など）は高い圧電係数を持っていますが、人体組織との機械的特性が一致しないため、実際の応用が制限されています。有機圧電ポリマー（ポリフッ化ビニリデンやポリ乳酸など）は良好な生体適合性を持っていますが、圧電効果が弱く、伸縮性も限られています。そのため、高い圧電性能を維持しつつ、良好な弾性、通気性、生体適合性を兼ね備えた材料の探索が現在の研究の焦点となってい...
四足ロボット応用のための柔軟な歩態センサー研究 背景紹介 ロボットが日常生活や産業生産において広く応用される中、特に標準化、持続性、重負荷操作が必要なシナリオでは、インテリジェントロボットの開発がトレンドとなっています。しかし、複雑な環境でのロボット操作には多くの課題があり、例えば救助任務、自動化物流、自律輸送、スマートホームなどの分野で特に顕著です。これらのロボットは作業環境を理解し、自律的に動作する必要があり、その中で機械運動の安定性が重要な要素となっています。従来の安定性を確保する方法としては、正確なセンサーを使用して姿勢や環境を監視し、複雑な制御システムを組み合わせて運動を調整することが挙げられます。しかし、応用シナリオが複雑化するにつれ、既存のセンサー技術ではニーズを満たすことが難...
ポリイミド繊維表面修飾による靭帯-骨癒合促進の研究 学術的背景 前十字靭帯（Anterior Cruciate Ligament, ACL）損傷は、世界的に見られるスポーツ傷害の一つであり、毎年約1/1250の人がACL再建手術を受ける必要があります。現在、ACL再建の主な方法には自家移植と他家移植がありますが、これらの方法には免疫拒絶やドナー部位の合併症などの問題があります。人工靭帯、特に非分解性のポリマー材料は、優れた機械的強度と術後の回復の速さなどの利点から、臨床的に重要な選択肢となっています。しかし、既存の人工靭帯材料であるポリエチレンテレフタレート（Polyethylene Terephthalate, PET）は骨再生における生物活性が不十分であり、線維性被膜の形成を引き起こし、...
非人霊長類とヒトの網膜における高精度な塩基編集技術の応用 研究背景 スターガルト病は現在治療法がない遺伝性神経変性疾患で、主にABCA4遺伝子の機能喪失変異により黄斑変性や失明を引き起こします。ABCA4遺伝子がコードするタンパク質は、光受容体と網膜色素上皮細胞（RPE細胞）に局在する膜脂質フリッパーゼであり、視網膜内の有毒なレチノイドの蓄積を防ぐ役割を持ちます。スターガルト病で最も一般的な変異は、ABCA4遺伝子のc.5882G>A（p.Gly1961Glu）点変異で、この変異はタンパク質機能の喪失を引き起こし、疾患を誘発します。 これまでに、細胞株やマウスモデルでの塩基編集に関する研究はいくつかありますが、ヒトおよび非ヒト霊長類（NHPs）の神経組織において効率的な遺伝子編集を実現するこ...
学術的背景 神経科学分野では、神経回路がどのように複雑な行動を生成し制御するかを理解することを目指してきました。単純なモデル生物（軟体動物、甲殻類、環形動物など）は、アクセス可能な神経系と大型の特徴的なニューロンを持つため貴重なモデルを提供してきましたが、多くの場合、神経回路の理解は詳細な脳地図の欠如によって制限されています。特に軟体動物については、その脳は形態的に一貫性があり機能的に研究可能なニューロンで構成されていますが、神経系内のニューロン総数や組織原則、詳細なニューロンレベルの地図は依然として不明です。これらの問題は、神経回路機能の体系的な研究を制限しています。 この課題を解決するために、本研究ではLymnaea stagnalis（古典的な軟体動物モデル）の脳に対してシンクロトロン...
放射線誘導の細胞可塑性は、フォスコリン媒介のグリオブラストーマ分化を促進 学術的背景 グリオブラストーマ（Glioblastoma, GBM）は成人において最も致死的な脳腫瘍であり、患者の中央生存期間はわずか15～18ヶ月です。手術と化学放射線療法の併用は病気の進行を遅らせることができますが、これらの治療法では腫瘍の成長を完全に制御することはできず、標的治療や生物製剤も生存率を大幅に向上させることはできませんでした。グリオブラストーマの複雑さと血液脳関門（Blood-Brain Barrier, BBB）の存在により、従来の治療法が効果を発揮するのが困難でした。近年、分化療法（Differentiation Therapy）という新たな治療戦略が注目されており、これは腫瘍細胞を非増殖性の細胞...