筆者らは，麻痺者を対象とした機能的電気刺激リハビリシステムの開発を行ってきた。今までの研究で一体型シリコーン電極の有用性を確認した。しかし刺激の際に塗布する電極用ジェルは皮膚表面の抵抗を下げる一方で刺激が分散すると考えられる。本研究では、一体型シリコーン電極を作成し、ジェルの塗布範囲ごとに刺激し、肘関節屈曲運動を誘発させた。測定された肘関節トルクと主観評価からジェルの塗布範囲ごとの影響を調査した。

本研究の目的は，締付トルクの低下に伴う整形外科用インプラントの疲労強度の低下を引き起こす要因を明らかにすることである．この目的を達成するために，本研究ではインプラント形状を模した試験片に対して疲労試験を行った．その結果，座面摩擦や軸力が疲労強度に影響を及ぼしていることがわかった．

農業従事者にとって，収穫時の姿勢保持や重量物の持ち上げ作業などは身体への負担となっている．これらの負担軽減を目的とし，本研究室では農業用パワーアシストスーツの開発を行っている．本研究では，農業用パワーアシストスーツの補助効果の検証として，持ち上げ作業の動作解析を行った．農業用パワーアシストスーツ着用により腰部の加速度が減少し，脊柱起立筋の積分筋電図に軽減効果が得られた．

われわれは、疑似力触覚を広範囲に生起させるためのシステム開発に取り組んでいる。先行研究では、Kinect V2を用いてシステムを開発したが、ジェスチャーによる操作性に問題があり十分な没入感を得ることが困難であった。本研究では、慣性センサ式モーションキャプチャーシステムPerception Neuron 2.0を用いた疑似力触覚提示システムを開発し、Kinect V2によるシステムとの比較を行った。

われわれは、疑似力触覚の生起メカニズムを検討するために、感覚に関連する生体信号として、脳波を計測するためのシステムの開発に取り組んでいる。本研究では、ハンドジェスチャによるヒューマンインタフェースであるLeap Motionを用いて、疑似力触覚を提示するシステムを構築した。構築したシステムを用いて、ワイヤレス脳波計による脳波計測を行い、疑似力触覚を知覚した際の脳波について、スペクトログラムによる検討を行った。

近年モノづくりにおいて感性評価の重要性は高まってきている．中でも手で持って使用する製品は多く，持ち心地を向上させることは製品価値を高めるのに大きく寄与すると考えられる．それに伴い人の感性の定量化し，製品の設計に応用することはとても重要である．そこで本研究では持ち心地の定量化を目的として感性評価の結果と形状特徴の関係について調査を行う．

近年，生体信号から人間の身体動作を推定することで高齢者や障害者を含む人間を支援する機器と人間とのインタフェースとして利用する試みが行われている．その１つが表面筋電位である．しかし，動作推定に用いる従来のニューラルネットには時間情報がないため，動作表現に乏しい．本研究では時系列認識を有するスパイキングニュラールネットワークを用いて手指動作推定を行った．その認識精度を本発表において報告する．

癌などの病理学的な診断において、抗原抗体反応による免疫染色法は極めて重要である。これまで我々は、免疫染色法と新たな撹拌技術である電界撹拌法を組み合わせることで、染色時間を大幅に短縮し、術中診断など病理分野に貢献してきた。本研究では、これまで手作業を要してきた免疫染色法の自動化に取り組み、その洗浄工程における検討により、ヒト細胞に対して安定的な洗浄条件の検討を行ったので、その結果について報告する。

臨床検査の効率化と品質の向上を目的に，生化学分析前の検体チェック工程の自動化技術を開発している。本研究では，従来目視確認により行われていた，血液検体の血清・血漿色を確認し異常検体（乳び，黄疸，溶血）を分別する工程の自動化を目的とし，検体のカラー画像から血清・血漿の色情報を抽出して性状を分類する技術を開発した。本発表では，開発した技術の構成と画像解析方法について報告する。

針なし注射による投与において，薬液が皮内に入らず漏れてしまう現象（ウェットショット）を防止する針なし注射器の開発を目的とした．ウェットショットを防止するためにはノズル口と皮膚を密着させ垂直に近い状態を維持しなければならない．本研究では，針なし注射器に吸引機構を取り付け，皮膚を吸引し密着させる安定装置を開発した．また注射器の傾きと投与確実性に与える影響を評価する方法について検討を行った．

きさげは，左手で工具を工作物に押しつけて刃先を食い込ませるとともに，腰を用いて刃先を前方に押し出すことで微小量ずつ表面を削り取っていく手仕上げ作業である．一般には，“一定のリズムで刃先が円を描くように力を加えると良い”とされている．本研究では熟練度の異なる技術者のきさげ刃先と身体各部の軌跡をモーションキャプチャによって獲得し，それらの軌跡に熟練度に応じた特徴が現れることを明らかにした．

近年の急速な情報技術の進展により，ものづくりの場においても情報を使いこなすことが重要となってきた．そこで筆者らは，児童にものづくりの楽しさを体験させるとともにプログラミング的思考を育むことを目的として，“情報技術を利用したなるほど工学的ものづくり教室”のプログラム構築を進めている．本報告では，プログラムの一環として実施した「オンラインを利用したものづくり教室」の実施内容と結果について報告する．

本報では，学部1年生を対象とした放電加工実習をオンライン化した事例を紹介する．新型コロナウイルス禍により，2020年前期は実習をオンライン化せざるを得なくなったが，本来の達成目標をできる限り維持することに留意した．ワイヤ放電加工のプログラムをCAD/CAMソフトを用いて製作する過程で，8名程度に分けた小グループ内で各自がわかるところを相互に教え合うことで，全員がプログラムを完成した．

GaNを用いたパワーデバイスの実装では、効率の良い放熱のためにカーボン材料をGaNに接合する必要がある。その際カーボン材料の表面粗さやGaNデバイスへのダメージ低減のため、接合荷重や接合温度に制限が生じる。本研究では、Ar原子ビームによって活性化した Au薄膜を介することで、GaN/カーボン材料の150°Cでの大気中接合を達成した。

触媒表面基準エッチング法を用いて作製した平滑性、結晶性ともに優れる完全表面が薄膜の結晶性、機能性に与える影響を調査した。Si、Al₂O₃基板に完全表面を作製し、50 nm-VO₂薄膜の機能性を評価した。完全表面の実現により、基板、薄膜の結晶性向上を確認し、50 nm厚さのVO₂/CARE-Al₂O₃では未加工の100倍以上の抵抗変調を示す相転移特性を実現した。発表では、VO₂/Siサンプルの評価結果を交え、基板表面の完全化が薄膜物性に与える影響を議論する。

分子動力学法を用いてシリコン平板間で圧縮およびせん断荷重が加えられた単一カーボンオニオン粒子の挙動解析を行った結果，カーボンオニオンは柔軟に変形して，せん断時には滑りを生じた．この際の摩擦係数は小さく高潤滑特性を示すとともに，アブレッシブ作用や凝着による摩耗は生じづらいことが示唆された．また，圧縮変形したカーボンオニオン粒子によりシリコン表面凸部が除去されることを解析的に明らかにした．

セラミック膜の表面に混在する基材の表面状態および薄膜の結晶粒に由来する凹凸が耐摩耗性に与える影響について検討した．市販の超硬合金基材切削チップ上のTiCN膜表面を研磨により様々な性状に変化させ，それらに対して先端半径の異なるダイヤモンド圧子を用いた摩擦試験を行った．その結果，接触面圧や表面性状の違いにより摩耗形態に違いが見られ，その違いを表面性状パラメータなどで整理考察した．

窒化クロムを代表とする窒化物膜は，工業部材に表面機能を付与することから，切削工具を中心に応用されている．一方，切削抵抗は工具寿命に影響を及ぼすが，被覆工具の切削抵抗の遷移に着目した研究は少ない．本研究では，窒化クロムアルミニウムに異種元素を添加した薄膜を開発し，薄膜の機械的ならびに熱的性質を評価した．そして，被覆工具に作用する切削抵抗をインプロセス測定により捉え，工具摩耗との相関を明らかにした．

無電解めっきを用いてニッケル塑性変形層でコートした窒化アルミ粒子からコールドスプレー法により複合材料膜のアルミ基板上への形成を試み，この塑性変形層の厚さが粒子の付着率に及ぼす影響を評価した．めっき液中のイオン濃度を調整し，3種類の厚さの塑性変形層を有する粒子を準備し，コールドスプレー法により膜を形成した所，塑性変形層が厚くなると共に，付着効率が向上した.

DLC膜は高硬度，低摩擦，耐摩耗性，また化学的安定性があることから，射出成形の金型にDLC膜をコーティングすることによって離型性改善が期待される.しかし，より高粘度の樹脂の成形時には凝着が発生し，金型の破損などの問題が生じてしまう.そこで本研究ではDLC膜の耐摩耗性とグラファイト膜の高剥離性に着目し，それらを交互に積層することで，凝着を防ぎ，かつ，焼付防止機能と耐摩耗性を維持する機能性表面の開発に成功した．

摺動部材や耐摩耗部材に適用されている高硬度のDLC（Diamond Like Carbon）は、残留応力が大きく膜剥離し易い課題がある。本研究では、ガスクラスターイオンビーム援用法を用い、高密度（2.9g/cm³以上）かつ低残留応力（従来ta-Cの1/2以下）のDLC膜を作製できた。これは、現在ISOに提案されている光学特性評価分類法には含まれない新しいDLCの可能性がある。

我々は，大気圧マイクロ波プラズマを用いたNC-PCVMにおいて形状精度約0.5 µmの中性子顕微鏡用Wolterミラーマンドレルを作製した．しかし，研削工程で導入された加工変質層や，プラズマプロセス中のデポジションなどの影響で表面粗さはS_q 数nm程度に留まっており，中性子ミラーの要求値S_q 0.3 nm以下を達成していない．本報ではギャップ長，ガス流量，ガス組成といった加工条件を最適化することでPCVM後の表面粗さを改善した結果を報告する．

ドライ研磨法であるプラズマ援用研磨法では，砥粒の摩耗や砥石の目詰まりが研磨速度を低下させるため，高い研磨レートを維持するには，頻繁なドレッシングが不可欠である．本報では，プラズマ援用研磨においてCF4プラズマとビトリファイド砥石を用いると，砥石のボンド材主成分がCF4プラズマによりエッチングされ，リアルタイムにドレッシングが進行することで，高効率なドレスフリー研磨が実現できたことを報告する．

近年、ダイヤモンド基板の研磨において機械研磨法に代わる手法の開発が進んでおり、我々はプラズマを援用した研磨法を開発している。従来の機械研磨では(100)面における<100>方向と<110>方向の研磨速度に顕著な差があることが知られている。プラズマ援用研磨では、<100>方向と<110>方向の研磨速度の差がプラズマ照射により減少することが確認され、本手法における材料除去メカニズムについて検討した結果を報告する。

プラズマ重合によるフルオロカーボン（FC）膜の形成には、高価なFC原料ガスが必要とされている。我々は、廉価なCF₄原料ガスからFC膜の形成を狙い、固体ソース支援プラズマ化学気相成長（SAPCVD）法を開発している。本手法では、反応系へ固体原料を導入することによりプラズマガス組成を制御し、FC膜の高速形成が可能となる。本報告では、SAPCVD法によるFC膜の形成特性ならびに得られた膜の撥水特性について述べ、その特性要因を議論する。

我々は、無毒廉価な水素ガスのみを用いて、バイオセンサーなどに利用可能な金属表面へのナノポーラス構造の創成を試みている。今回、銀試料を中圧域で生成した高密度水素プラズマに曝露し、電力等の処理パラメータとナノポーラス銀の形成特性（孔径、孔の面密度、表面、ならびに断面形態）の相関を調べた。また、得られた結果からナノポーラス構造形成メカニズムを考察した。本報告では、その結果を述べる。

ナノサイズの細孔が多数存在するナノポーラス（NPs）金属表面は、種々の応用が期待される機能表面である。我々は、無毒廉価な水素からなる高密度プラズマに金属を暴露する手法により、NPs金属の形成を目指している。このNPs金属では、ナノ孔に励起される局在表面プラズモンによる光電場の増強が期待される。今回、ラマン分光法により、作製した様々な性状のNPs銀上での有機試薬のラマン増強度を評価した。今回は、その結果を報告する。

我々は、中圧域（≥3 kPa）の水素プラズマにシリコン（Si）を曝露することで、Si表面に高アスペクト比なナノコーン構造が形成されることを発見した。得られたSiナノ構造表面には、光反射率の低減などの機能が発現することが期待される。そこで本研究では、廉価な水素のみを必要とする本手法を、低コストかつ低環境負荷なSi表面機能化プロセスとして確立するため、形成メカニズムの解明に向け、種々の形成因子についての検討を行った。

ゲルマニウム（Ge）薄膜は、高いキャリア移動度や赤外領域における高い光感度から種々のデバイスへの応用が期待されているが、その成膜には高価な真空装置が必要であること、ならびに高価なGe材料の成膜利用効率が悪いという課題がある。本研究では、より効率的な成膜手法として、水溶液から析出させたGeO₂を高圧水素プラズマにより還元し、Ge薄膜の形成を試みている。今回は、GeO₂の還元挙動を調査したので、その結果を報告する。

We propose an application of the optical microneedle lens array for the treatment of the skin disease, Telangiectasia. From the simulation results acquired by using COMSOL application, the dimension of microneedles and microlenses have been chosen. They were designed to generate heat locally by accumulating the light at the tip of the needle. The array of microneedles as well as lenses were fabricated by hot embossing and then assembled. In addition, new method of alignment was proposed for fitting each component as LEGO bricks. Finally, the evaluation of generated heat around the tip was performed.

This study presents a novel fabrication method of biodegradable porous microneedles (MNs) for pain-free interstitial fluid (ISF) extraction beyond the skin. Biodegradable polylactic acid (PLA) microspheres prepared by single emulsion were used for MNs material. Microspheres were filled into a mold in order to form continuous capillaries directly and then heat treatment was implemented to bond microspheres together to produce interconnected micropores and robust porous structures. The results demonstrated that the extraction performance of MNs improved greatly after the heat treatment above the melting point of PLA. In addition, the determination of glucose level was confirmed within 1 minute by using a paper-based colorimetric biosensor using fabricated MN array. We expect the proposed biodegradable porous MNs enable the scale-up and mass production by its simple and low-cost fabrication method. Furthermore, the porous MN array integrated with biosensors showed the potential to realize minimally invasive, early and rapid diagnosis of diseases.

We demonstrate a dissolvable microneedle array which has microdroplets inside for controlled drug releasing. Droplet microfluidics have been researched widely to create highly monodisperse emulsions. We used droplet microfluidics of a T-shaped juction to generate fluorescent microdroplets which can be dissolved inside the body and gelated the fabricated droplets. Simple mixing and casting were then performed to prepare microdroplet embedded microneedle array. The formation and dispersion of fluorescent microdroplets inside a microneedle structure were confirmed by optical and fluorescent microscopy. We expect our proposed microneedle array can contribute to the development of sustained drug releasing through local delivery with micro needles patch.

我々は医療用の無痛針やその穿刺システムの研究を行ってきた．また，これまでの成果として，痛み低減には針の細径化が有効であることを明らかにした．ただし，針は細径化に伴い座屈応力が低下し，表皮の突破が困難になる．本研究では，針の先端付近を把持して皮膚へ穿刺することで座屈を防止する穿刺デバイスをレーザ加工法を援用して作製し，その評価を行った．

我々は直径100µm以下の微細な低侵襲性の医療用注射針の開発を行ってきた．この注射針を用いて採血を行う際，皮膚表面から深さ１mmに分布する直径200µm以下の微細な血管を対象とすることが有用である．しかし，従来の観察系では皮膚表面での光散乱により対象の血管が可視化できなかった. 本研究では針穿刺前に血管の可視化を行う為, 皮膚に塗布する消毒液に光散乱を抑制する効果を付与し，皮膚表面から非侵襲で行う手法について検討した．

本研究室では蚊を模倣した穿刺方法の開発，マイクロニードルの作製を行ってきた.これらの穿刺抵抗力，撓みの様子を評価するために，人工皮膚(PDMS の単層)を用いて実験を行ってきた.しかし，この人工皮膚には血管が存在しないため，採血の評価を行うことができない.そこで，血管を透明な人工皮膚に付与することで，穿刺の際の血管の撓みの様子を観察し，針の穿刺・採血性能の評価を行った.

生体適合性のある導電性高分子のポリピロール（PPy）を電極とした細胞の電気穿孔を試みている．電気化学重合の条件によって，PPy表面は平坦またはドット状となる．PPy膜を電極として細胞へパルス状電圧を印加したところ，生細胞内への染色色素の導入に成功した．また，色素の導入効率や細胞の生存率は，PPy表面の幾何形状によって異なり，ナノサイズのドットで最も色素の導入率が高かった．

本研究では再生医療の分野で有用となるiPS細胞を高効率に量産可能な微小液滴電気穿孔技術を提案している．本報では，液滴電気穿孔プロセスに及ぼすパルス電圧の印加条件の影響を調査した．その結果，10kHzのパルス電圧条件下では，電極表面への生体分子の付着が抑制され，長時間安定した電気穿孔プロセスが行えることがわかった．さらに，ヒト胎児腎細胞への遺伝子導入実験を行い，緑色蛍光タンパク質の発現を確認した．

再生医療の実用化には，高品質（安定的に機能を発現する）細胞が大量に求められ，我々は高品質細胞を大量に生産する位置選択的な細胞内デリバリ技術の開発を行っている．細胞の選択的配置には，直径10～45µmの非接着性のバイオレジストを形成した.培養中のレジストパターンの縮小傾向，単一細胞の配置条件を評価した．続けて，エネルギ吸収体とバイオレジストを統合して使用し，位置選択的な細胞デリバリの可能性を示した．

オプトポレーション法は光を利用した細胞内デリバリ技術であり，ウイルスを用いた方法に比べて安全性が優れる．これまで顔料を分散したSU-8マイクロパターンを用い，レーザ誘起衝撃波が発生することを確認した．今回それを発展させ，HeLa細胞のトランスフェクションを実現した．異なるレーザエネルギにて，GFP遺伝子をコードするプラスミドDNAの細胞内導入実験を行い，緑色蛍光を観察して遺伝子発現効率を評価した．

マイクロシステムの駆動力には，走光性の微細藻類が小型化や自律化に適している．この実現のためには，藻類ミドリムシの確率的な運動から一方向性の運動を取り出す必要がある．本研究では多点光照射システムを用いて形成した青色光のパターンをミドリムシに照射し，光応答性を観察する．このときの光の照射強度とパターンの移動速度を変えたときのミドリムシの走光性の応答性を評価し，さらにミドリムシの密度分布を制御する．

生体外で構築した生体組織は，再生医療や創薬に活用できる．単一細胞の3次元配置が有用であり，本研究では「光硬化性樹脂で被覆した細胞の吐出を可能とするマイクロノズルアレイ」を開発している．流量比を用いた流体的な細胞捕獲だけでは，流路が長くなり，捕獲部に細胞が押し込まれる欠点がある．ここで細胞を押し出すオーバーハング構造をノズル側に近接化させて，ノズルへの細胞捕獲率を評価し，高効率な条件を発見した．

コンパクトでポータブルな溶血装置を実現するために、本研究では血液チャネルを備えた超音波振動子を提案する。放物面反射により、超音波はこの血液チャネルに焦点を合わせ、溶血のために高い音圧を赤血球に照射することができる。溶血の実現可能性を検証するために、さまざまな電圧、流量、周波数、その他のパラメータで実験を行い、最終的に溶血は80Vpp、0.25mL / min、1.25MHzの条件下でほぼ100％に達した。

複雑な生体組織作製のため，ゲルを用いたプリンティング技術およびゲル形成条件の最適化が求められている．本研究では，アルギン酸Naベースゾル材の架橋によりゲルを形成する装置を開発した．本報では，線状および壁面の作製を通し，ゲル形成条件に対する形成精度および積層精度を評価した．線状の作製結果，低圧および潤滑作用の併用で安定した形成が可能であった．壁面積層においては，保持力の高い架橋剤の必要性が示唆された．

近年，異常気象による猛暑日が続き，熱中症になるリスクが増加している．健康状態などの時間によって変動しうる測定因子を考慮するため，リアルタイムで個人の生体情報の測定を可能とするセンサの開発を行う．創製したセンサは電圧測定において，各標準液，人工汗液で線形性が確認され，標準液と比較して人工汗液は良好な線形性が得られ，標準液と人工汗液では異なる測定値が得られることを確認した．

近年，日本の癌患者における死因の約90％が血中循環腫瘍細胞(CTC)による転移癌が原因とされており，癌の転移の要因となっている．そのため，癌の転移や再発防止を目的として血液中のCTCを検出する技術が求められている．CTCの表皮のpHが正常な白血球の表皮のpHに比べ，弱酸性に傾いていることに着目する．従って白血球とCTCのpHを連続測定することで検出が可能となる．本研究では酸化イリジウムを用いた小型pHセンサを創製する．

決定論的横置換法を適用したマイクロ流路を用い、血液中から大きめの細胞を選別することで、血中循環腫瘍細胞(CTC)の濃縮を目指している。しかし、流路内のマイクロポストアレイ部にしばしば生じる詰まりにより、血流が乱れ、CTC濃縮が妨げられてしまう。現在までに、血中に含まれるDNAが詰まりの一要因であることを示した。本研究では、詰まりを抑制するためにマイクロポスト部の形状変更を試みた。

がんの原発巣より血中に漏れ出した腫瘍細胞（CTC）は血球細胞に比べ大きい傾向があるため、マイクロ流路を用いた寸法選別によりCTCの捕捉を試みている。しかし、この方法では大きめの白血球も混入する。この混入する白血球を除去するために、マイクロ流路表面を抗体修飾して白血球を特異吸着させることを試みている。しかし、この方法では期待したほど白血球が吸着しない。原因として、細胞表面凹凸の影響を検討しはじめた。

新型コロナウイルスの影響により，医療分野では感染リスクから外科手術を延期する等，生体検査や外科的処置が必要な業務において，省人化・自動化が求められている．そのため，本研究ではセンシング機能を有する手術支援ロボット用マイクロデバイスを開発し，接触する生体の機械的特性を得ることで触診等の機能を有することを目指す．本報では，接触した生体の機械的特性を得るため測定対象の粘弾性モデル化について検討を行った．

本研究では，ヒトや動物，植物などへ感染する様々なウイルスを遺伝子レベルで早期に発見することを目的とし，マイクロ流体チップテクノロジーを応用したマルチプレックス遺伝子診断デバイスの開発を行っている．本報では，複数の反応容器へ自律的に分注するための理論を構築し，実験結果と比較し，その妥当性を検証した．さらに，本デバイスを用いて，新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の迅速診断の可能性を検討した．

本研究では，農作物の病害などの早期発見・予防を目的とし，植物ウイルス感染症の多項目同時迅速検査のための全自動マルチプレックス遺伝子検査システムの開発を行っている．本報では，射出成形マイクロ流路チップを用いた等温遺伝子増幅法によって，キュウリ病害ウイルスの多項目同時診断を実証した．さらに，標的ウイルスの遺伝子増幅反応の可否判定を自動化することを目的とし，画像処理による蛍光強度の定量化手法を確立した．