バイオ応用を目指した多機能ナノカーボン材料の開発

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21791929
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 阿部 薫明 北海道大学, 大学院・歯学研究科, 助教 (40374566)
• Keywords: 歯科用材料・歯科理工学 / カーボンナノチューブ / フラーレン / 体内動態

Research Abstract

本研究では、フラーレンやカーボンナノチューブ(以下、CNT)などの炭素系ナノ微粒子(ナノカーボン)の生体適合性の検討を行う為に、ナノカーボンの親水化処理、その体内動態の可視化を試みた。
1)硝酸との反応により表面に水酸基を提示させたCNT誘導体、2)コハク酸過酸化物との反応により表面にカルボン酸を提示させたCNT誘導体の作成に成功し、生体への投与の為の目標としていた、数百ppmの濃度での分散に成功した。また、アミン化合物との反応により粒径と形状を制御したフラーレンパーティクルを作成し、更なる化学修飾によりその親水化にも成功した。得られたナノカーボン誘導体の水溶液(約500-900ppm)をマウス尾静脈より投与し、その後の経時観察を行った。投与後のマウスは、数週間の経過観察(最大4週間)中に、状態観察・体重推移などから対照群との顕著な差異は見られなかった。投与後一日および一週間のマウスから肺・肝臓を摘出し、透過型電子顕微鏡を用い観察したところ、各臓器へのCNT誘導体の到達・滞留が確認され、投与物質が血流に乗り各臓器へと到達している事が示唆された。投与したCNT誘導体はいずれも肺・肝臓・脾臓などから検出された。そこで、体内循環の結果、滞留が見られる臓器(肝臓)由来の細胞に対する刺激性を検討した。これらCNT誘導体を様々な濃度でヒト肝細胞へと暴露し、細胞生存率・刺激性を観察したところ、コントロールと同等の値を示した。動物実験・細胞実験の結果から、本実験で用いたCNT誘導体は、体内に一時的に滞留するが、生体に対して急性の毒性を示さないことが示唆された。
また、CNT表面に提示したカルボキシル基を利用して、ガラス基板表面と化学結合を介した固定化を試みた。条件検討の結果、可視域において95%以上の透過率を保ちつつ、導電性を示す透過性導電基板の試作に成功した。

Research Products

• [Journal Article] Observation of 3D network nano-structure of Carbon Nanotubes Scaffold for cultivation (2011)
  • Author(s): S.Abe, K.Ishikawa, A.Hyono, H.Kobayashi, T.Kiba, T.Akasaka, M.Uo, Y.Yawaka, S.Sato, T.Yonezwa, F.Watari
  • Journal Title: J.Surface Science and Nanotechnology Volume: 9 Pages: 80-84
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Density Functional Theory (DFT) Study on the water clusters on Graphene Chip (2011)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Yoshinori Nagoya, Fumio Watari, Hiroto Tachikawa
  • Journal Title: Japanese. J.Applied Physics Volume: 50(1) Pages: 21-23
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biodistribution of water-soluble Carbon Nanotubes in mice and its biocompatibility (2011)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Sachiko Itoh, Daisuke Hayashi, Toshihisa Kobayashi, Takayuki Kiba, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Yasutaka Yawaka, Shin-Ichiro Sato, Fumio Watari, Tomoya Takada
  • Journal Title: J.Nanoscience and Nanotechnology Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Internal Distribution of Micro-/Nano-sized Inorganic Particles and their Cytocompatibility (2011)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Nobuki Iwadera, Mitsue Esaki, Ikuhiro Kida, Mami Mutoh, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Yasutaka Yawaka, Manabu Morita, Koichi Haneda, Tetsu Yonezawa, Fumio Watari
  • Journal Title: Material Science and Engineering Volume: 49(in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The interaction between carbon nanomaterials and polypeptide : An in vitro and in silico study (2011)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Rika Komine, Yoshinori Nagoya, Fumio Watari, Hiroto Tachikawa
  • Journal Title: Molecular Crystals and Liquid Crystals Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a novel transparent substrate coated by carbon nanotubes through covalent bonding (2011)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Katsutoshi Nakayama, Daisuke Hayashi, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Fumio Watari, Tomoya Takada
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DFT study on the interaction of Fullerene (C_<60>) with hydroxyl radical (OH) (2011)
  • Author(s): Hiroto Tachikawa, Tetsuji Iyama, Shigeaki Abe
  • Journal Title: Physics Procedia Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Internal distribution of micro-/nano-sized ceramics and metals particles in mice (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Ikuhiro Kida, Mitsue Esaki, Nobuki Iwadera, Mami Mutoh, Chika Koyama, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Yoshinori Kuboki, Manabu Morita, Yoshinori Sato, Koichi Haneda, Tetsu Yonezawa, Balachandran Jeyadevan, Kazuyuki Tohji, Fumio Watari
  • Journal Title: J.Ceramic Society of Japan Volume: 118 Pages: 525-529
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photophysical characterization of coumarin-doped poly (lactic acid) microparticles and visualization of the biodistribution (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Takayuki Kiba, Kiyotada Hosokawa, Satoru Nitobe, Takashi Hirota, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Yoshinori Kuboki, Shin-Ichiro Sato, Fumio Watari, Iosif D.Rosca
  • Journal Title: J.Electron Spectroscopy and Related Phenomena Volume: 181 Pages: 181-185
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction of water molecules with graphene : A Density Functional Theory and Molecular Dynamics study (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Yoshinori Nagoya, Fumio Watari, Hiroto Tachikawa
  • Journal Title: Japanese J.Applied Physics Volume: 49(1) Pages: 71-74
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morphology-controlled calcification (CaCO_3) : A donut-shape crystal growth breaking through a carbon nanotube "blanket" (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Tomoki Ishida, Chika Koyama, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Fumio Watari
  • Journal Title: J.Australian Ceramic Society Volume: 46(2) Pages: 48-53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure and electronic states of water molecules on nanocarbon materials : A Density Functional Theory study (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Yoshinori Nagoya, Fumio Watari, Hiroto Tachikawa
  • Journal Title: Japanese J.Applied Physics Volume: 49(6) Pages: 131-133
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Direct ab-initio MD study on the interaction of hydroperoxy radical (HOO) with Water Molecules (2010)
  • Author(s): Hiroto Tachikawa, Shigeaki Abe
  • Journal Title: Physical Chemistry and Chemical Physics Volume: 9 Pages: 3904-3909
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlled calcification using biomimetic macromolecule ; A Carbonic Anhydrase analogue (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Yuhei Fujii, Arisa Kusuhara, Emi Yamatoya, Tomoki Ishida, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Fumio Watari, Tomoya Takada
  • Journal Title: 傾斜機能材料論文集 Volume: 24 Pages: 82-87
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suitable conditin for sidewall carboxylation of multi-walled carbon nanotube (2010)
  • Author(s): Tomoya Takada, Desharin Santida, Shigeaki Abe
  • Journal Title: Nano Biomedicine Volume: 2(2) Pages: 147-152
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Osteoblastic cellular responses to aluminosilicate nanotubes, imogolite using Saos-2 and MC3T3-E1 cells (2010)
  • Author(s): Kosuke Ishikawa, Shigeaki Abe, Yasutaka Yawaka, Masaya Suzuki, Fumio Watari
  • Journal Title: J.Ceramic Society of Japan Volume: 118 Pages: 516-520
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The bactericidal effect of carbon nanotube/agar composites irradiated with near-infrared light on Streptococcus mutans (2010)
  • Author(s): Tsukasa Akasaka, Makoto Matsuoka, Takashi Hashimoto, Shigeaki Abe, Motohiro Uo, Fumio Watari
  • Journal Title: Materials Science and Engineering B Volume: 173 Pages: 187-190
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carbon Nanotubes Chromatography separated Albumin from other Serum Proteins : A Method of direct analysis of other interactions (2010)
  • Author(s): Yoshinori Kuboki, Takamitsu Koshikawa, Hiroko Takita, Ryuichi Fujisawa, Min-ho Li, Shigeaki Abe, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Fumio Watari, Rachel L.Sammons
  • Journal Title: Dental Mater.J. Volume: 29 Pages: 369-373
  • Peer Reviewed
• [Presentation] カーボンナノチューブとタンパクとの相互作用:in vitroとin silicoによる検討 (2011)
  • Author(s): 阿部薫明・小峰梨果・石川紘佑・亘理文夫・田地川浩人
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部2011年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学、北海道
  • Year and Date: 20110201-20110202
• [Presentation] 生体を模倣した表面化学修飾による石灰化反応の制御 (2011)
  • Author(s): 阿部薫明, 藤井悠平, 楠原有紗, 大和谷恵実, 石田智毅, 赤坂司, 宇尾基弘, 亘理文夫, 林大輔, 高田知哉
  • Organizer: 2011年代用臓器・再生医学研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学、北海道
  • Year and Date: 20110201-20110202
• [Presentation] A DFT and MD Study on Interaction of Water Molecules with Graphene (2011)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Yoshinori Nagoya, Fumio Watari, Hiroto Tachikawa
  • Organizer: ISPlasma2011
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学、愛知県
  • Year and Date: 2011-03-07
• [Presentation] マイクロ・ナノ物質の体内動態の追跡と生体への影響 (2011)
  • Author(s): 阿部薫明、岩寺信喜、伊藤佐智子、石川紘佑、赤坂司、宇尾基弘、八若保孝、久保木芳徳、亘理文夫、林大輔、高田知哉、米澤徹
  • Organizer: 第4回ナノ・バイオメディカル学会
  • Place of Presentation: 名古屋大学、愛知県
  • Year and Date: 2011-02-21
• [Presentation] Preparation of a transparent electrode using a poly-carboxylic multi-walled carbon nanotube (2010)
  • Author(s): Shigeaki ABE, Katsutoshi NAKAYAMA, Daisuke HAYASHI, Tsukasa AKASAKA, Motohiro UO, Fumio WATARI, Tomoya TAKADA
  • Organizer: 9^<th> International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、兵庫県
  • Year and Date: 20101214-20101216
• [Presentation] Controlled Calcification Using Biomimetic Macromolecules (2010)
  • Author(s): Shigeaki ABE., Yuhei FUJII, Arisa KUSUHARA, Emi YAMATOYA, Tomoki ISHIDA, Tsukasa AKASAKA, Motohiro UO, Fumio WATARI, Daisuke HAYASHI, Tomoya TAKADA
  • Organizer: ISACB2010
  • Place of Presentation: Cairns International Convention Center (Commonwealth Australia)
  • Year and Date: 20101210-20101213
• [Presentation] マイクロ・ナノ粒子の体内循環挙動の追跡と生体への影響 (2010)
  • Author(s): 岩寺信喜、石川紘佑、伊藤佐智子、阿部薫明、赤坂司、宇尾基弘、八若保孝、亘理文夫、高田知哉、米澤徹
  • Organizer: 第31回日本バイオマテリアル学会
  • Place of Presentation: 広島グランドプリンスホテル、広島県
  • Year and Date: 20101129-20101130
• [Presentation] Internal distribution of micro-/nano-sized inorganic particles and its cytocoxisity (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Nobuki Iwadera, Kosuke Ishikawa, Atsushi Hyono, Sachiko Itoh, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Yasutaka Yawaka, Yoshinori Kuboki, Tetsu Yonezawa, Fumio Watari
  • Organizer: 3^<rd> International Conference of Ceramics 2010
  • Place of Presentation: グランキューブ大阪、大阪府
  • Year and Date: 20101114-20101118
• [Presentation] Biodistribution of micro/nano-sized ceramics particles in mice (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Nobuki Iwadera, Kouseke Ishikawa, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Yasutaka Yawaka, Yoshinori Kuboki, Tetsu Yonezawa, Fumio Watari
  • Organizer: 10^<th> Asian BioCeramics Symposium
  • Place of Presentation: Universitas Gadjah Mada (Republic of Indonesia)
  • Year and Date: 20101102-20101105
• [Presentation] Biodistribution of water-soluble Carbon Nanotubes in mice and its biocompatibility (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Sachiko Itoh, Daisuke Hayashi, Atsushi Hyono, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Yasutaka Yawaka, Tetsu Yonezawa, Fumio Watari, Tomoya Takada
  • Organizer: AsiaNANO 2010
  • Place of Presentation: 東京未来館、東京都
  • Year and Date: 20101101-20101103
• [Presentation] 3D structure of nanomaterial scaffolds for tissue engineering using electron and atomic force microscope (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Hirohisa Kobayashi, Takayuki Kiba, Kosuke Ishikawa, Mami Mutoh, Tsukasa Akasaka, Motohiro Uo, Yasutaka Yawaka, Shin-Ichiro, Fumio Watari, Masaya Suzuki
  • Organizer: The 6^<th> International Workshop on Nanoscale Spectroscopy and Nanotechnology
  • Place of Presentation: 神戸大学、兵庫県
  • Year and Date: 20101025-20101029
• [Presentation] 亜鉛錯体化合物による石灰化反応の制御 (2010)
  • Author(s): 藤井悠平, 楠原有紗、大和谷恵実、石田智毅、阿部薫明、赤坂司、宇尾基弘、亘理文夫、林大輔、高田知哉
  • Organizer: 平成22年度秋期第55回秋季歯科理工学会
  • Place of Presentation: 長良川国際会議場・岐阜県
  • Year and Date: 20101009-20101010
• [Presentation] グラフェン-水クラスター相互作用に関する理論的研究 (2010)
  • Author(s): 阿部薫明、名古屋義則、亘理文夫、田地川浩人
  • Organizer: 平成22年度第4回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学、大阪府
  • Year and Date: 20100914-20100917
• [Presentation] The interaction of carbon nanotubes with polypeptide : An in vitro and in silico study (2010)
  • Author(s): Shigeaki Abe, Rika Komine, Yoshinori Nagoya, Fumio Watari, Hiroto Tachikawa
  • Organizer: Korea Japan Joint Forum 2010
  • Place of Presentation: 小倉国際会議場・福岡県
  • Year and Date: 20100822-20100825
• [Presentation] 酵素モデル化合物による石灰化反応の制御 (2010)
  • Author(s): 阿部薫明, 藤井悠平, 楠原有紗, 大和谷恵実, 石田智毅, 赤坂司, 宇尾基弘, 亘理文夫, 林大輔, 高田知哉
  • Organizer: 第20回傾斜機能材料国内シンポジウム
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター・北海道
  • Year and Date: 20100701-20100702
• [Presentation] A DFT and MD study on the evaporation dynamics of water molecules on nanocarbon materials (2010)
  • Author(s): Sigeaki Abe, Yoshinori Nagoya, Fumio Watari, Hiroto Tachikawa
  • Organizer: EM-NANO 2010
  • Place of Presentation: 富山国際会議場・富山県
  • Year and Date: 20100622-20100625
• [Presentation] マイクロ・ナノ物質の生体内での分布状態の追跡と生体への影響 (2010)
  • Author(s): 阿部薫明、小林宏寿、木場隆之、伊藤佐智子、石川紘佑、赤坂司、宇尾基弘、佐藤信一郎、八若保孝、亘理文夫、鈴木正哉
  • Organizer: 平成22年度春期第53回日本顕微鏡学会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場・愛知県
  • Year and Date: 20100523-20100526
• [Presentation] マイクロ・ナノ粒子の体内動態の追跡と生体への影響 (2010)
  • Author(s): 阿部薫明、岩寺信喜、伊藤佐智子、石川紘佑、赤坂司、宇尾基弘、八若保孝、久保木芳徳、亘理文夫、林大輔、高田知哉、米澤徹
  • Organizer: 第3回ナノ・バイオメディカル学会
  • Place of Presentation: 鶴見大学、神奈川県
  • Year and Date: 2010-07-16
• [Presentation] マウス体内絵のマイクロ・ナノ物質の体内動態の追跡 (2010)
  • Author(s): 岩寺信喜、伊藤佐智子、阿部薫明、大口郁子、赤坂司、宇尾基弘、八若保孝,亘理文夫
  • Organizer: 平成22年度秋期第54回春季歯科理工学会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀、東京都
  • Year and Date: 2010-04-16