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先端科学技術センター

 

先端科学技術センター(RCAST)

 同志社大学理工学部では、1994年4月の京田辺キャンパスへの全面的な統合移転を機に、学外の方にも共同で利用していただける実験施設として創考館を建設し、多くの研究成果をあげてまいりましたが、さらに、1997年にはこの創考館を主施設として、先端的な技術研究開発と、産官学交流をより一層推進するために、先端科学技術センター(Research Center for Advanced Science and Technology, Doshisha University 略称RCAST) を新たに設立いたしました。
 RCASTでは、文部科学省の各種支援事業により導入された施設、装置をはじめとして、高度な研究機器の整備を進めており、現在では、以下のような研究設備、機器が稼動し、共同研究の形で利用いただけるようになっております。

 

 

装置一覧

1.フロンティア・リサーチ・ラボ

各種環境下における先端材料・複合材料特性評価システム
高温高圧発生装置
異相場挙動解析装置

電磁環境測定・解析システム
超並列計算機

2.コラボレーション・ラボ各研究設備・装置等

特殊環境下における材料特性評価システム
時系列分光分析評価装置

複合表面分析装置
高機能マイクロ材料構造の形成および評価システム

生物情報処理システム
電磁波強度測定システム

生理活性物質構造評価システム
非線形電子・光学系評価装置
タンパク質高次構造評価システム

知的オフィス環境創造システム
環境微粒子特性評価システム

新世代低消費電力省資源超高速通信デバイスの開発と評価システム
ナノ結晶・時期構造評価システム
ナノトライボロジー評価システム

クリーンルーム
無響室

電子顕微鏡

核磁気共鳴装置

走査形プローブ顕微鏡システム
電波暗室
多目的風洞実験システム
液体窒素システム
熱間等方圧加圧装置(高圧ガス製造設備)

X線分析システム
電子スピン共鳴装置
ナノ構造形成解析システム
超高速半導体デバイス製作システム
ソフトイオン化高性能質量分析計

表面分析顕微鏡システム

3.ハイテク・リサーチ・ラボ

ナノハイブリッド構造応用技術の研究プロジェクト装置

 

 

 同志社大学理工学部先端科学技術センターの研究設備・装置等の使用については、理工学部・理工学研究科研究室事務室までお問合せください(研究教育に支障が生じる場合や使用目的が不適切な場合は使用できません)。
TEL : 0774-65-6211
E-mail : jt-koukn@mail.doshisha.ac.jp

 

 

RCAST装置紹介

 

1.フロンティア・リサーチ・ラボ

1-1 異相場挙動解析装置

 異相場を利用した生体機能関連物質の特異的分離技術を確立するためには、生体成分アミノ酸、核酸、タンパク質、酵素希金属の高感度分離分析手法の確立、ならびに創成した異相系機能性人工材料の機能評価並びに生体適合性に対する評価を行う必要がある。生体関連物質は極微量に存在するために、精度よく確実な分析を行うためには、生体構成分子の蛍光寿命、化学発光および時期的性質といった物理量を極めて高感度に測定し、これらを総合的に判断する必要がある。本異相場挙動解析装置は、それぞれの物理量を極めて高感度・高精度に測定できる機能を有している。

一般汎用機器
化学発光分光検出器:東北電子産業(株)、型式CLA(CLD-100FC)

 

2.コラボレーション・ラボ

2-1 ソフトイオン化高性能質量分析計

 試料に高真空下で原子や電子を衝突させることで、気体状のイオンをつくり、分子の質量数(分子量)を、精密に測定する装置です。通常は純粋な物質について、その物質が何であるかを知るために測定を行います。質量数としては、3000程度までのものが適しており、10-3ダルトンの精度の測定もできるので、分子量のみならず、分子の元素組成まで求めることもできます。
メーカー:日本電子
形式:JMS-700 MStation
装置仕様:イオン化法 FAB,EI,CI; 検出法 二重収束磁場型; 質量範囲 24,000(加速電圧 1kV)、2,400(加速電圧 10kV) ; 分解能 60,000; 感度 0.2ng(EI)

 
2-2 多次元加振・制御システム

 この装置は基本的に2次元の油圧式加振機とその制御装置からなる。加振機は2本のサーボ型油圧アクチュエータと両辺1.2mの加振台、油圧ユニットから成り、上下と水平の計2方向が動作する。油圧ユニットからの圧力エネルギーを機械的な運動に変換するもので、制御装置からの信号をサーボ弁にて命令信号に応じた流量、方向に変換し、動作する。周波数範囲は0.10-30Hz、垂直および水平方向の加振力はいずれも±20kN,最大振幅はそれぞれ±50mm,±200mm,最大加速度は両者共に±20.0m/s²である。この装置は阪神大震災などの地震波の再現も可能である。現在は乗用車の乗り心地改善(写真)や、揺さぶられっ子症候群としての幼児への遥動負荷の再現に関する研究などに用いられている。

 
2-3 時系列分光分析評価装置

 高速度ビデオカメラ(Shimadzu HPV-1)に長距離望遠鏡(Questar QM100)を接続することで、マイクロ領域で起こる超高速現象の観測を可能とした。500Wのキセノンランプを光源として用いることで、現象を鮮明に観測できる。また、他の実験機器とカメラを同期動作させることで、現象の詳細な分析も可能。当観測システムの最高撮影速度は100万コマ/秒、空間分解能は4µm。(観測実施例:超音波キャビテーションなど)併設に光散乱用高精度分光干渉計を含む。

 
2-4 高機能マイクロ材料構造の形成および評価システム

 高分子、金属、セラミックスを母材とし、カーボン繊維やアラミド、アルミナなど有機、無機を問わず、各種高機能、高性能繊維から成る強化材を複合し、従来には無い新機能、新性能を有する先端的で世界的にも高く評価される複合材料の開発を行っている。

 
2-4-1 万能試験機AG-500kN

 本装置(AG-500kN : (株)島津製作所)は、開発段階で試作された材料の、比較的高荷重条件での機械的特性を評価する材料試験機である。負荷方式 バックラッシュレス精密ボールネジ駆動による高精度定速ひずみ制御方式を有し、最大試験力は500kNである。速度範囲 は、0.0005~250mm/minである。等速制御・応力制御、またはひずみ制御による負荷が可能である。

 
2-4-2 ナノスコピック表面検査装置(SPH-1)

 本装置(SPH-1 :(株)島津製作所)は、開発段階で試作された材料の、表面および複合材料中での界面特性を評価するために使用する。薄膜やナノ領域の物性評価に最適なナノスコピック表面検査装置であり、0.1µNの高分解能で最大荷重2mNまで測定ができる。変位測定では0.1nmの分解能があり、AFM技術を応用した表面走査により、試料表面を最高倍率10万倍以上で観察が可能である。光学顕微鏡を標準装備している。

 
2-4-3 万能試験機:AG-100kN

 本装置(AG-100kN:(株)島津製作所)は、開発段階で試作された材料の、比較的中程度の荷重条件での機械的特性を評価する材料試験機である。
 引張、圧縮、曲げ等の強度試験を行う事が出来る。負荷許容量は100kNであり、ロードセルの変更により荷重の測定精度を変更できる。最大試験速度は1,000mm/minである。

 
2-4-4 マイクロサーボパルサ:MMT-10N

 本装置( MMT-10N :(株)島津製作所)は電磁力式微小試験機であり、複合材料の開発段階で使用する強化繊維の繊維単体の機械的疲労特性を評価する事ができる。
 負荷機構に高応答の電磁式アクチュエータを有し、微小力な繰り返し負荷試験や、微小変位での高速・高精度の試験が可能である。ロードセル 容量は±10N、最大ストロークは±2mmである。

 
2-4-5 マイクロサーボパルサ:MMT-100N

 本装置( MMT-100N :(株)島津製作所)は電磁力式微小試験機であり、複合材料の開発段階で使用する強化繊維束などの中間生成体や、試作した材料の微細荷重による機械的疲労特性を評価する事ができる。
 負荷機構に高応答の電磁式アクチュエータを有し、微小力な繰り返し負荷試験や、微小変位での高速・高精度の試験が可能である。ロードセル 容量は±100N、最大ストロークは±10mmである。

 
2-4-6 TMA熱分析装置(TMA-50)

 本装置( TMA-50 :(株)島津製作所)は、開発段階で試作された材料の、熱機械的特性、すなわち熱安定性や分解温度などを評価する装置である。温度、時間、応力、雰囲気の各条件を変化させた際のサンプルの寸法変化を測定する事ができる。温度範囲室温~1000℃、測定物の最小感度は0.001mgであり、測定レンジ±20mgである。空気中または不活性ガス中の雰囲気中で測定ができる。

 
2-4-7 デジタルマイクロスコープ(VH8000)

 本装置(VH8000 :(株)キーエンス)は、開発段階で試作された材料の、表面性状や破壊面の様相を評価するために使用する汎用顕微鏡である。
0.1~3000倍の範囲でズームが可能であり、 15インチ高精細液晶モニタを装備している。画像をリアルタイムでディスプレイに表示でき、デジタルデータ化が可能である。深度機能等を付属している。

 
2-4-8 微細薄膜創成装置(PD-10M)

 本装置( PD-10M :サムコ(株))は、複合材料中に使用する強化材や母材の界面や表面に薄膜を形成し、その界面接着特性や表面特性を改善または改質するために使用するプラズマCVD装置である。シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、アモルファスシリコン膜などの形成が可能である。

 
2-5 電磁波強度測定システム

 近年、携帯電話や無線LANなどの無線機器の普及に伴い、電磁波の強度とその放射特性の把握が重要となっている。本システムの使用目的は、電磁波放射部位の測定、電磁波放射方向・強度の測定、不要電磁波への耐性(放射イミュニティ特性)の測定に大別される。本システムのうちで写真に示すGTEMセル放射イミュニティ/放射電力測定サブシステムでは、小型の無線機器を対象として、不要電磁波に対する無線機器の耐性評価を行うとともに、電磁波放射方向とその強度の測定を高精度で行うことができる。

 
2-6 タンパク質高次構造評価システム

 人遺伝子の解読がほぼ終わり、現在は遺伝子が作り出す高次構造を有するタンパク質の機能を解明する研究が注目を集めている。プロテオームとは特定の細胞が特定の条件下に置かれたときに、その細胞内に存在する全タンパク質のことを指し、さまざまなタンパク質が働き複雑な生命活動や、物質代謝システムが機能している。プロテオームの変化を調べることで、種々の機能を担っているタンパク質の役割を知ることができる。また種々の機能をもつタンパク質が見出されれば、その成分分析、結晶構造解析などによりタンパク質の機能解析が必要となっている。本システム運営委員会ではプロテオーム解析などを目的とするタンパク質高次構造評価のために、次のシステムを有している。

  • プロテオーム解析装置(AXIMA-CFR plus、島津製作所):種々の環境条件下で細胞培養を行い、細胞破砕液を二次元電気泳動あるいはHPLCで分離し、得られたパターンを画像解析する。変化が見出されたタンパク質に関してはさらに酵素で消化した後、質量分析を行うことによってどの遺伝子の産物に相当するかを同定できる。それらの情報をもとにデータベースと照合することによってそのタンパク質の種々の機能が解明できる。
  • シーケンシャル型高周波プラズマ発光分析装置(ICPS8100、島津製作所):本装置は、微量の金属などの元素の定性・定量のための高感度分析に利用できる。
  • X線結晶構造解析装置(R-AXIS RAPIDII型、リガク):本装置に基づく方法はタンパク質の立体構造および関連するモデル化合物の構造を得るための最も一般的な方法である。また、本装置は通常の単結晶構造解析装置の中では高性能のものであり、かなり小さな結晶でも構造解析が可能であるとともに比較的簡単なタンパク質についてはその高次立体構造を決定する事ができる。さらに、タンパク質の構造と機能解析に欠かせない様々なモデル化合物の構造を明らかにすることでタンパク質の機能発現の機構をも明らかにすることができる。
 
2-7 環境微粒子特性評価システム

 本システムは高精度磁気特性評価システム(超伝導磁力計:2G Enterprises 760 SRM)と極限表面分析システム(電界放射型走査電子顕微鏡:Carl Zeiss ULTRA55)から構成されており、環境問題に関わる粒子状物質の評価、ナノレベルの粒子の情報と機能に関する研究を進展させるために設置されたものである。自然界および人為起源の固体微粒子の検出と同定、自然環境の変動と人間活動の影響の把握、環境触媒に関わる微粒子の極表面が有する情報の解明と機能の発現に関する研究など、微粒子が関与する環境システムの研究に利用されている。

 

 
2-8 無響室

 創考館に設置されており、計測機器を設置する測定室(SO103)と無響室本体(SO102)からなる。無響室本体は台形型吸音材楔で6面が覆われており、逆自乗減衰特性は125Hzまで保証されている。無響室内の任意位置にマイクロホンを設定しその原点位置からマイクロホンを3軸で任意位置へ移動できるマイクロホン移動装置を備えており自動測定も可能。音響パワー、音響指向特性等の測定に使用できる。

 

仕様

 

有効内法寸法:3.6m(幅)×4.4m(奥行)×3.35m(高さ)
暗騒音レベル:-1dB(A)(空調稼働時実測)
遮音特性:91dB(500Hz)
逆自乗則特性保証周波数:125Hz~4kHz(音源:ピンクノイズ)
コネクタボックス: B&Kマイクコネクタ6、キヤノンコネクタ5、BNCコネクタ6、GPIBコネクタ1、RS232Cコネクタ1、グランド端子1
マイクロホン移動装置: 走行ストローク(最大):3.3m(縦)×2.5m(横)×2.25m(昇降)
最大移動速度:80mm/秒
施行業者:日東紡音響エンジニアリング株式会社

写真:マイクロホン移動装置
 
2-9 電子顕微鏡

 電子顕微鏡運営委員会では高分解能の電界放射型透過型電子顕微鏡(FE-TEM)および生物や樹脂などの導電性の低い試料や水分を含有する試料の観察が可能な低真空型の走査型顕微鏡(SEM)の各1台を保有管理している。さらに収束イオンビーム加工装置1台を保有し、共通試料ホルダーにより薄膜作製後にそのままホルダーを変えることなくFE-TEMにより観察することが可能である。電子顕微鏡以外に試験片調整機器として、カーボン蒸着器、金および白金スパッタリング、ダイヤモンドカッターなどを所有している。

 
2-9-1 電界放射型透過型電子顕微鏡(FE-TEM)

倍率;  LOWMAGモード ×50~6,000 MAGモード ×2,000~1,500,000
加速電圧; 200kV OLYMPUS製CCDカメラ
オプション装備
 ①エネルギー分散型X線分析装置 JED2300T
 ②走査型透過電子検出器(STEM)

 
2-9-2 走査型電子顕微鏡(SEM) S2460N (日立製作所)

加速電圧 最大30kV
2次電子および反射電子検出(N-mode)
低真空型 無蒸着、含水試料観察可能
KevexEDS分析検出器(ペルチェ冷却) 低元素より分析可能
画像電子ファイリング、ポラロイド撮影可

 
2-9-3 収束イオンビーム加工装置(FIB) 日立 FB2000A

加速電圧30kV JEM2100Fとの共通ホルダーあり

 
2-10 核磁気共鳴装置
2-10-1 超伝導FT-NMR 日本電子製

 有機化合物の構造決定において広く利用されている磁気分光装置で、非破壊的に分子を構成する個々の原子の構造上の情報を与えてくれることから、低分子量の物質から高分子まで幅広い測定ニーズがある。また、拡散や分子の回転相関時間の解析により分子の動的性質の研究に役立てている。

 超伝導磁石による高磁場において、分子を構成する個々の原子を高感度かつ高い分離度で検出し、パルスフーリエ変換法で得られた核磁気共鳴スペクトルは適切なコンピューターグラフィックスによるデータ処理で、個々の原子の性質を区別して、それらのつながりを数値的に分析でき、複雑なスペクトルも解析可能になった。さらに二次元スペクトル解析により複雑な有機化合物の分子構造解析も可能となっている。

 

3.界面現象研究センター

 本センターは、異種物質界面あるいは物質表面における特有な界面現象を深く理解し、新しい機能性材料の開発を目指して、2006年4月1日に設立された。理工学研究科の教員を中心に、「ナノ粒子表面の微細構造制御による新しい物性の発現研究(ナノ粒子G)」、「微細構造を制御した薄膜の物性評価および表面処理技術の開発研究(ナノ薄膜・表面G)」、「界面微細構造を制御した新しい機能を持つ材料創製開発(機能性材料G)」の3研究グループに分かれ、機能材料の界面微細構造制御に関わる界面現象研究を、「文部科学省私立大学学術研究高度化推進事業」(ハイテク・リサーチ・センター整備事業)の「面微細構造制御により発現する物性の評価研究」研究プロジェクトとして実施している。
本センターが保有している研究設備に次のようなものがある。

 
3-1 電界放出形走査電子顕微鏡
・概要 試料表面に細く絞られた電子線を走査させて、放出される二次電子および反射電子を検出し、試料表面の凹凸像および組成像を観察できる装置である。セミインレンズタイプの装置で、高分解能観察に適している。
・メーカー 日本電子株式会社製
・型番 JSM-7500F
・装置仕様 二次電子像分解能: 1.0nm(15kV)、1.4nm(1kV)
倍率      :×25~×1,000,000
加速電圧    :0.1kV~30kV
・搭載検出器 リトラクタブル反射電子検出器
低角度反射電子検出器
エネルギー分散型X線分析装置(EDX)
走査型透過電子検出器(STEM)
 
3-2 サーマル電界放出形走査電子顕微鏡
・概要 試料表面に細く絞られた電子線を走査させて、放出される二次電子および反射電子を検出し、試料表面の凹凸像および組成像を観察できる装置である。電流が安定しているため、EDXおよびEBSDを行う場合に適している。
・メーカー 日本電子株式会社製
・型番 JSM-7001F
・装置仕様 二次電子像分解能 :1.2nm (30kV)、3.0nm (1kV) 
倍率        :×10 ~ ×5,000,000 
加速電圧     :0.5kV ~ 30kV
・搭載検出器 リトラクタブル反射電子検出器
エネルギー分散型X線分析装置(EDX)
電子後方散乱回折(EBSD)
 
3-3 クロスセクションポリシャー(断面試料作製装置)
・概要 試料面上にセットされた遮蔽板にイオンビームを垂直に照射し、イオン照射を受けエッチングされる領域と遮蔽板で遮蔽される領域の境界に沿って断面を形成させる試料作製装置である。切削等の加工と比較し、試料損傷の少ない試料作製が可能である。
・メーカー 日本電子株式会社製
・型番 SM-09010DM
・装置仕様 イオン加速電圧:2~6kV
イオンビーム径 :500μm以上(半値幅)
ミリングスピード :1.3μm/min以上(加速電圧 6kV、試料 Si)
 

4.ナノサイエンス研究センター

 「先端的分子生命化学の研究拠点形成」のプロジェクトで、ナノバイオ関連の研究に必要となる、細胞培養、細胞観察、ペプチド合成、ペプチド・糖の分析、界面分析、タンパク質などの質量分析などの装置を導入している。
・ 細胞培養・細胞イメージングシステム:蛍光顕微鏡、細胞培養設備など
・ タンパク質発現およびペプチド合成装置:ペプチド合成装置など
・ 人工ペプチド構造解析システム:円二色性分散計ナノ界面解析システム:紫外・可視分光光度計
・ 糖質・アミノ酸高感度分析システムレーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計

 

5.微粒子科学技術研究センター

5-1 微粒子熱物性測定装置

 微粒子熱物性測定装置は、DSC(示差走査熱量測定装置)による熱測定と、MPMS(磁気測定装置)による磁気測定をPC-GPIBネットワークを用いて同時にその場で測定を行うものである。特にサンプルスペースオーブンにより、強磁場中精密磁化測定を、1.8 Kの極低温から800 Kの高温まで温度可変で行うことができ、統合的熱物性解析が可能となるだけでなく、新規量子臨界現象の観察も可能となる。

 
5-2 溶液物性測定装置

 微粒子・分散系の基礎研究において重要となる液相界面の物性を測定する装置である。

 

 写真1はミニトラフと表面粘弾性測定装置である。界面におかれた針状物体を運動させ、それに加わる力を測定する装置であるが、これらの過程をすべて非接触で行うため、高精度で界面粘弾性を測定できる。

 

 写真2は表面張力・接触角計である。懸滴や静滴の形状から、接触角や界面エネルギーを測定できる。とくに界面形状を時間変化させながら測定できるため、界面に吸着・脱着する物質が関与する場合、その速度過程を評価できる。

 
5-3 微粒子流動過程モニタリングシステム

 『微粒子流動過程モニタリングシステム』は、 広範なエリア(~数cm角)の可視化を可能とする高い走査性能および微小流体流れとともに輸送される微粒子の追跡を可能とする高速なシグナル検出応答性を有する。本システムは、2つのシステムユニット(システムユニット1および2)より構成されており、微小空間における微粒子群のイメージングおよび微粒子運動の解析が可能である。

 

<システムユニット 1>
 マイクロアレイスキャナー基本システム(富士フィルム株式会社製マイクロアレイスキャナー FLA-8000基本システム) : レーザー光による高速走査型の画像取得装置であり広範囲に分散された蛍光性微粒子のイメージングに適している。

 

<システムユニット 2>
 蛍光顕微鏡システムユニット(オリンパス株式会社製倒立型リサーチ顕微鏡蛍光システム) : 蛍光顕微鏡システムに検出応答速度に優れた高速CCDカメラが装着されており、流動する微粒子のリアルタイム観察を可能にする。