ナノ-マイクロ制御構造・空間を有するモノリス型分離デバイスの創製

• Project/Area Number: 17685006
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Analytical chemistry
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 梅村 知也 Nagoya University, 大学院・工学研究科, 准教授 (10312901)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥28,210,000 (Direct Cost: ¥21,700,000、Indirect Cost: ¥6,510,000); Fiscal Year 2007: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2006: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2005: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
• Keywords: 高速液体クロマトグラフィー / モノリスカラム / タンパク質 / 金属酵素 / プロテオーム解析 / メタロミクス / 複合分析システム / 放射線重合 / キャピラリーカラム

Research Abstract

モノリス骨格の表層に各種機能性分子を担持させ、ポリマーモノリスの高機能化を図るとともに、モノリスカラムの特性を最大限に引き出せるシステム・装置の開発を進めた。以下に本年度の具体的な研究成果をまとめる。
1)有機ポリマーモノリスを用いたタンパク質解析用オンライン酵素消化・分離計測システムの開発
プロテオーム解析において高速化のボトルネックとなっているタンパク質の酵素消化に関して、モノリス担体に消化酵素を固定したマイクロリアクターモノリスを試作し、その性能を評価した。数マイクロメートルの微小流路を反応場として用いるモノリスカラム法では、バッチ式反応容器と比べて、反応効率が格段に改善され、従来比1/100の反応時間で定量的にタンパク質を消化できた。本カラム法では、10分以内に酵素消化を達成できることから、酵素消化と分離分析、さらに質量分析の各工程をオンラインで接続でき、"Just in time"でタンパク質の解析を行える。
2)マイクロ固相抽出・濃縮デバイスの開発
前処理の高速化、簡便化を目指して、モノリス型マイクロ固相抽出・濃縮デバイスの開発を検討した。除粒子、清澄ろ過等の前処理に汎用されている市販のシリンジフィルターを容器として用い、その内部スペースにメタクリル酸グリシジルベースのモノリス担体を調製した。その表層にエポキシ基の開環反応を利用して8-キノリノールやイミノジ酢酸を固定することにより、微量金属元素捕集用のキレート交換モノリスを作製した。本デバイスのキレート交換容量は1-2μmol/tipであり、200mLの海水に含まれる銅や亜鉛、さらに超微少量の希土類元素を定量的に捕集・回収することができた(100倍濃縮)。その結果、ICP-MSにより、これまで測定が困難であったsub-pptレベルの超微量元素を精度よく定量することに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Tailoring Elution of Tetraalkylammonium Ions. Ideal Electrostatic Selectivity Elution Order on a Polymeric Ion Exchanger (2007)
  • Author(s): B. Yang, M. Takeuchi, P. K. Dasgupta, T. Umemura, Y. Ueki, K. Tsunoda
  • Journal Title: Anal. Chem. 79 Pages: 769-772
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Speciation of Human Serum Proteins Based on Trace Metal Mapping Analysis by CIM Monolithic Disk Column HPLC/ICP-MS in Complement with Off-Line MALDI-TOFMS Analysis (2007)
  • Author(s): T. Hasegawa, Y. Wakita, Y. Zhu, H. Matsuura, H. Haraguchi, T. Umemura
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. 80 Pages: 503-506
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multielement Determination of Trace Metals in Seawater by ICP-MS with Aid of Down-Sized Chelating Resin-Packed Minicolumn forPreconcentration (2007)
  • Author(s): D. Rahmi, Y. Zhu, E. Fujimori, T. Umemura, H. Haraguchi
  • Journal Title: Talanta 72 Pages: 600-606
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Separation Characteristics of a Phosphatidylcholine-coated ODS Column for Direct Sample Injection Analysis of Biological Fluid Samples (2007)
  • Author(s): T.Hasegawa, Y.Fukumoto, J.Ishise, R.Hattori, Y.Zhu, T.Umemura, H.Haraguchi
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. 80 Pages: 329-334
  • NAID: 10018518107
• [Journal Article] Speciation of Human Serum Proteins Based on Trace Metal Mapping Analysis by CIM Monolithic Disk Column HPLC/ICP-MS in Complement with Off-Line MALDI-TOFMS Analysis (2007)
  • Author(s): T.Hasegawa, Y.Wakita, Y.Zhu, H.Matsuura, H.Haraguchi, T.Umemura
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. 80 Pages: 503-506
• [Journal Article] Preparation and Characterization of Methacrylate-based Semi-micro Monoliths for High-throughput Bioanalysis (2006)
  • Author(s): T.Umemura, Y.Ueki, K.Tsunoda, A.Katakai, M.Tamada, H.Haraguchi
  • Journal Title: Anal. Bioanal. Chem. 386 Pages: 566-571
• [Journal Article] Slab Optical Waveguide High Acidity Sensor Based on a Novel Absorbance Change of Protoporphyrin IX (2006)
  • Author(s): T.Umemura, H.Hotta, T.Abe, Y.Takahashi, H.Takiguchi, T.Odake, K.Tsunoda
  • Journal Title: Anal. Chem. 78 Pages: 7511-7516
• [Journal Article] Assay of Alkaline Phosphatase in Salmon Egg Cell Cytoplasm with Fluorescence Detection of Enzymatic Activity and Zinc Detection by ICP-MS in Relation to Metallomics Research (2006)
  • Author(s): T.Hasegawa, M.Sugita, K.Takatani, H.Matsuura, T.Umemura, H.Haraguchi
  • Journal Title: Bull. Chem. Soc. Jpn. 79 Pages: 1211-1214
  • NAID: 10018210830
• [Journal Article] Determination of Rare Earth Elements in Seawater by ICP-MS after Preconcentration with a Chelating Resin-Packed Minicolumn (2006)
  • Author(s): Y.Zhu, A.Itoh, E.Fujimori, T.Umemura, H.Haraguchi
  • Journal Title: J. Alloy. Compd. 408 Pages: 985-988
• [Journal Article] Preparation of Low Flow-Resistant Methacrylate-Based Monolithic Stationary Phases of Different Hydrophobicity and the Application to Rapid Reversed-Phase Liquid Chromatographic Separation of Alkylbenzenes at High Flow Rate and Elevated Temperature (2006)
  • Author(s): Y.Ueki, T.Umemura, Y.Iwashita, T.Odake, H.Haraguchi, K.Tsunoda
  • Journal Title: J.Chromatogr. 1106 Pages: 105-111
• [Journal Article] Preparation and characterization of methacrylate-based semi-micro monoliths for high-throughput bioanalysis (2006)
  • Author(s): T.Umemura, Y.Ueki, K.Tsunoda, A.Katakai, M.Tamada, H.Haraguchi
  • Journal Title: Anal.Bioanal.Chem. (in press)
• [Journal Article] Rapid reversed-phase separation using methacrylate-based C18 monolithic capillary columns at high flow rates and elevated temperatures (2005)
  • Author(s): Y.Ueki, T.Umemura, Y.Iwashita, K.Tsunoda, H.Haraguchi
  • Journal Title: Chem.Lett. 34 Pages: 1198-1199
  • NAID: 10016649740
• [Journal Article] Speciation and Excretion Patterns of Arsenic Metabolites in Human Urine after Ingestion of Edible Seaweed, Hizikia fusiforme (2005)
  • Author(s): H.Matsuura, M.Asano, T.Hasegawa, T.Umemura, H.Haraguchi
  • Journal Title: Bull.Chem.Soc.Jpn. 78 Pages: 1977-1981
  • NAID: 10016845092
• [Journal Article] Evaluation of an ODS Column Modified with Zwitterionic/Nonionic Mixed Surfactants and its Application to Direct Injection Determination of Inorganic Anions (2003)
  • Author(s): T.Hasegawa, T.Umemura, A.Koide, K.Chiba, Y.Ueki, K.Tsunoda, H.Haraguchi
  • Journal Title: Anal.Sci. 21 Pages: 913-916
  • NAID: 10016644477
• [Presentation] Active Polymer Monoliths Used as Analytical Tools for Omics Sciences and Technologies (2007)
  • Author(s): T. Umemura, N. Kojima, Y. Wakita, H. Kobayashi, H. Haraguchi
  • Organizer: International Symposium on Metallomics (ISM 2007)
  • Place of Presentation: 名古屋(国際会議場)
• [Patent(Industrial Property Rights)] 有機ポリマー製モノリスキャピラリーカラム及びその製造方法 (2005)
  • Inventor(s): 片貝 秋雄, 玉田 正男, 角田 欣一, 梅村 知也
  • Industrial Property Rights Holder: 片貝 秋雄, 玉田 正男, 角田 欣一, 梅村 知也
  • Industrial Property Number: 2005-066929
  • Filing Date: 2005-03-10