私は仙台市の出身です。子供の頃は、北仙台に住んでいました。昔は田んぼや森ばっかりでしたが、今はもう全部なくなって、住宅地になってしまいました。中学・高校と地元の学校に通って、東北大学の工学部・精密工学科に入学しました。精密工学科は、戦前は航空工学科だったのですが、敗戦と同時に GHQ が航空機の研究は駄目っていうことで、名前を変えて精密工学科になったのです。その他に機械工学科と機械工学第二学科のあわせて三つの学科がありました。1990年には改組され、現在では５専攻体制になりました。

私は2003年に工学部の教授になりました。2014年に医工学研究科に異動することになったのですが、そのきっかけとなったのは歯学部の佐々木啓一先生との共同研究です。東北大学の教授には高校の同級生が何人かいて、彼もその一人です。飲み会の時に自分の研究テーマについて話題にすることがあって、そこから歯の表面にハイドロキシアパタイトをコーティングする技法の開発のアイデアが生まれました。その技法は、元々はセラミックスのコーティング技術の一つとして開発したものです。セラミックスのコーティングは、通常、真空中しかも高温で行うのが一般的だったんですが、我々が開発した技法では大気圧環境下かつ室温で成膜することできるんです。その全く新しい粒子噴射加工技術について話していたら、歯科治療に使えるんじゃないかってことになって、共同研究を始めることになりました。

I was born in Sendai. When I was a child, I lived in Kita-Sendai. There were only rice fields and forests in the past, but now they have all disappeared and become a residential area. I went to local schools in junior and senior high school, and then entered the Department of Precision Engineering, School of Engineering at Tohoku University. The department was originally the Department of Aeronautical Engineering before WWII, but after the war, the GHQ prohibited the research on aircraft, so the department was renamed Precision Engineering. There were two other departments, the Department of Mechanical Engineering and the Department of Mechanical Engineering II. In 1990, however, those were reorganized to have five departments,

I became a professor at the School of Engineering in 2003, and in 2014 I was transferred to the Graduate School of Biomedical Engineering. My transfer was triggered by a collaboration with Professor Keiichi Sasaki of the School of Dentistry. He is one of the professors who were my high school classmates at Tohoku University. We sometimes talked about our research topics at a party, and this gave me the idea to develop a device for coating the surface of teeth with hydroxyapatite. The technique was initially developed as one of the coating techniques for ceramics. Generally, the coating of ceramics is done in a vacuum at high temperatures, but our approach makes it possible to form a film at room temperature in an atmospheric pressure environment. When we were talking about this entirely new blasting technology, we reached the idea in which it could be used in dentistry, so we started a collaboration.

砂などの微粒子を吹き付けて物の表面を加工する技術をブラストといいますが、私は1990年ぐらいからブラストの研究を始めていました。ブラスト自体は結構昔から研究されていて、もう新しいテーマはないんじゃないかって言われましたし、3Kの代表的なもので、埃は出るし汚いし、機械が工場の中に置いてもらえなくて屋外に置かれたり、そういう技術だったんです。でも、ブラストは粒子の運動エネルギーを脆性破壊（ぜいせいはかい）に変換するプロセスなので、非常に効率の良い除去加工ができるんですよ。ただ、粒子噴射の制御を正確にできていなかったことと、粒子を当てる部分を局在化できないという問題点がありました。それらを改善するような装置の開発から始めて、日本の企業の方からそれを応用可能なアプリケーションの相談が来たので、研究開発を一緒にやりました。インクジェットプリンターのインクの代わりに粒子を吹き付けて表面加工できる装置を作って、アブレシブジェットプリンターと名付けました。

一方で、内視鏡なんかに使う非常に小さな非球面レンズの研磨方法の開発も別の企業と一緒にやってました。直径が１ミリ以下のマイクロレンズの研磨は、小さすぎて職人さんが人の手でやることができないので、結構大変なんです。それで、ブラスト技術を応用して、非常に小さなアルミナノ粒子をガラスに噴射して表面をなめらかに研磨する研究を始めました。学生にその研磨する実験テーマ与えて、やってもらったんですが、本来なら厚みが減るはずのものが逆に増えるという結果が出てきて、とても驚きました。結論としては、ガラスに噴射した粒子がガラス表面にくっついて、最初に期待してたような除去（研磨）ではなくて、付着になってたんですね。これは面白いって事で、研究テーマを変更して付着加工技術の開発にしちゃったんです。それを使って、セラミックスを成膜する研究をやってたんですけど、歯学部の佐々木先生と飲んでるときに、そういう話題が出て、世はセラミックスなんだよねって話から、セラミックスと歯の主成分であるハイドロキシアパタイトは似てるよねってなって。セラミックスの代わりにハイドロキシアパタイトでも吹き付けられるよねって言ったら、それ治療に使えないかな、ってことで、歯学部からの学生に来てもらって共同研究をはじめました。

歯科治療では、削って埋めての繰り返しなんですね。そこにハイドロキシアパタイト付着現象を使った新しい治療法の可能性が開けたわけです。臨床試験は知覚過敏治療でやっていて、患部にハイドロキシアパタイトを吹き付けると一瞬で直りました。さらに、歯のホワイトニングにも適用できます。歳を取ると歯の色が黄色くなって来ますよね。それを白くすると若々しく見える。これは高齢化対応技術になると思います。さらには、歯周病の治療にも使えると考えていて、ハイドロキシアパタイトの中に抗菌性のある成分を入れたものも開発して、中長期的に歯周病の予防ができるんじゃないかと考えています。

Blasting is a technique for processing the surface of an object by spraying fine particles of sand or other materials onto it. I started research on the blasting in about 1990. Blasting has been researched for a long time, and it was said that there was no longer a new theme for it, and it was a typical 3D (Difficult, Dirty, and Dangerous work). It was dusty and dirty, and the equipment should be placed outdoors because they couldn’t be placed in a factory. But blasting is a process that converts the kinetic energy of the particles into the brittle fracture, so it’s a very efficient removal process. However, there were two problems with precise control of the particle injection and focusing on the target. We started by developing a device to improve these problems, and when a Japanese company approached us about an application for the device, we did research and development with them. We created a device that could process surfaces by spraying particles instead of ink on an inkjet printer and called it the Abrasive Jet Printer.

On the other hand, we were also working with another company to develop a method for polishing small aspherical lenses used in endoscopes. Polishing microlenses less than 1 mm in diameter is quite tricky because they are too small to do by hand. So, we started researching the application of blasting technology to smooth the surface by spraying tiny aluminum particles onto the glass. I gave a student the research project to polish the aspherical lenses by blasting. When he tried it, we were surprised to find that thickness was increased rather than reduced. The conclusion was that the particles sprayed on the glass stuck to the surface instead of removing (polishing) the glass as we had initially been expected. We were excited and interested, so we changed the research theme to the development of adhesive processing technology. When I was having drinks with Professor Sasaki of the School of Dentistry, the topic came up, and we talked about how ceramics is the material at the height of its prosperity. We agreed that ceramics and hydroxyapatite, the main component of teeth, are similar. I suggested that we could spray hydroxyapatite instead of ceramics, and he wondered if it could use for the treatment, so we asked a student from the School of Dentistry to come and start collaboration.

Dental treatment typically repeats grind and bury the tooth. Our collaboration opened up the possibility of a new treatment method using the phenomenon of hydroxyapatite adhesion. The clinical trial was done to treat hypersensitivity, and when hydroxyapatite was sprayed on the affected area, it was cured immediately. Furthermore, it can also be applied to teeth whitening. As you get older, your teeth start to turn yellow. Whitening them makes them look younger. This will be a technology for the aging population. Furthermore, it can also be used to treat periodontal disease, and we have also developed a product that contains antibacterial ingredients in hydroxyapatite.

工学系の研究は、最終的に製品として世に出すことが目的ですので、ユーザーとしての医学系の先生方との共同開発が絶対必要です。彼らの要求を満たすようなものを開発しなければいけません。現在の状況では、医療従事者の声が、工学系サイドにはなかなか聞こえてこないかもしれませんね。幸運にも私には医学系の同級生いたので、色々情報入ってきましたが、お互い同じ場でディスカッションするっていう機会が必要だと思います。工学系の研究者に、医療従事者が何を言っているか理解できるぐらいの知識があれば、現場のニーズを引き出せると思います。もしもっと深い知識が必要であれば、その時に、そこだけ勉強すればいいし、最初から全部知っておく必要はないと思います。逆に、医療従事者にも機械系のだいたいの用語だけ知っておいてもらえればいいですね。話す言葉を全くお互い知らなかったら、文字通り話になりませんよね。工学系の研究者に必要な視点は、なにか新しいものを発見・発明するだけではなくて、それがどのようなアプリケーションに応用できるのか、だと思います。さらにもっと重要なのは、それが商業ベースにのるのかってところまで気にしないといけません。せっかく開発しても、誰にも使ってもらえなないなら意味がありませんから。

Since the goal of engineering research is to bring a product to the world, it is necessary to collaborate with medical professionals as users. We have to develop something that meets their requirements. In the current situation, the needs of medical professionals may not easily reach the engineering side. Fortunately, I had a classmate in the medical field, so I was able to get a lot of information, but we need to have an opportunity to discuss it with each other in the same place. If engineers have enough knowledge to understand what medical professionals are talking about, they will be able to pull out the field’s needs. If more in-depth knowledge is needed, then that’s all we need to learn, and we don’t need to know everything from the beginning.

On the other hand, it would be good if the medical professionals also know only the general terms in engineering. If we don’t know each other’s language at all, we literally can’t talk to each other. Engineering researchers need to discover and invent something new and find what applications it can be applied. More importantly, you have to be conscious of whether it will be commercially viable. It’s useless if no one will use it, no matter how hard you work on it.

医工連携では、現場レベルの情報交流が必須だと思います。ただ、医療従事者は忙しいですからね。工学サイドとしては現場のニーズを知りたいし、バイオデザインなんかは、ニーズの調査が一つの目的なんですけど、現場レベルでのブレインストーミングが絶対必要ですよ。ブレインストーミングでは、人の話をそのまま障壁なしに聞くっていうのが大前提じゃないですか。そういう環境で面白いものが生まれる。セラミックスのコーティング技術からハイドロキシアパタイト歯科治療への応用なんて、何でもない会話がきっかけとなってアイデアが浮かんできたんです。ベンチャービジネス論などの方法論も大事ですが、本当の意味での実践教育では、やっぱり現場主義が必須だと思います。

私の研究室では、最終的な製品まで開発できるような人材、あるいは企画できるような人材を育成したいと思っています。別に医工学だけじゃなくて、どの分野でもそうですよね。一番重要なことは、問題は何かを把握して、それに対してどういう風にアプローチしたらいいのか、解決方法を見つけ出すことです。あと大事なのは、コストと時間の感覚を磨くことです。今やった方がいいのか、それとも数年後にやった方がいいのか、自分の中で計画を立てる能力が必要です。技術的に優れているけど、早すぎても使ってもらえないし、遅すぎてもだめですし。問題意識をもって研究テーマを見つけることと、それに対してアプローチの方策を考えられる人材が求められていると思います。

In medical-engineering cooperation, it’s essential to exchange information at the practical level. However, medical professionals are busy. On the engineering side, we want to know the needs of the field, and one of the purposes of the BioDesign program is to investigate the needs. Brainstorming at the practical level is necessary. The basic concept of the brainstorming process is to listen to what people have to say without barriers. In such an environment, exciting ideas are born. An idea for applying ceramic coating technology to hydroxyapatite treatment came to me through a conversation with my friend. Methodologies such as venture business theory are essential, but a hands-on approach is critical in proper practical education.

In my laboratory, we want to train people to develop or plan products up to the final product. It’s not just in medical engineering but in any field. The most important thing is how to figure out how to approach it and how to solve it. The other important thing is to develop a good sense of cost and time. You need to plan in your mind whether it’s better to do it now or in a few years. Right technology needs to be used at suitable timing, neither too early nor too late. We need people who are aware of the finding research problems and their solutions.