制御されたカーボンナノ空間における生体分子の挙動の解明とナノバイオ材料への応用

• 研究課題/領域番号: 23241039
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 京谷 隆 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (90153238)
• 研究分担者: 干川 康人 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (90527839)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 47,580千円 (直接経費: 36,600千円、間接経費: 10,980千円); 2014年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2013年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2012年度: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円); 2011年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
• キーワード: ナノ材料 / ナノチューブ・フラーレン / ナノバイオ / 炭素 / 薬物輸送 / 酵素電極 / ナノカーボン / ナノ空間 / DNA / バイオマテリアル

研究成果の概要

ナノ空間における生体分子の挙動を解明することで、その特長的な機能を利用したナノバイオ材料への応用を試みた。規則的なナノチャネルを持つアルミニウム陽極酸化(AAO)膜に炭素被覆することで作製したカーボンナノ試験管(CNTTs)は、そのナノ空間内に核酸を高濃度に濃縮し、かつ再放出できるナノカプセルになることが示された。アルツハイマー病の原因物質となるアミロイドβはCNTTsの添加によって線維化が抑制されることが確認された。炭素被覆したAAO膜のナノ空間内に酸化還元酵素を固定化することで酵素電極が作製され、糖と酸素と反応する電極を組み合わせることでバイオ燃料電池として動作することが示された。

研究成果

• [雑誌論文] A quantitative analysis of carbon edge sites and an estimation of graphene sheet size in high-temperature treated, non-porous carbons (2014)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Ishii, Susumu Kashihara, Yasuto Hoshikawa, Jun-ichi Ozaki, Naokatsu Kannari, Kazuyuki Takai, Toshiaki Enoki, Takashi Kyotani
  • 雑誌名: Carbon 巻: 80 ページ: 135-145
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2014.08.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] The production of large scale ultrathin aligned CNT films by combining AC electric field with liquid flow (2013)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Kaida, Jun Matsui , Takuya Sagae, Yasuto Hoshikawa, Takashi Kyotani, Tokuji Miyashita
  • 雑誌名: Carbon 巻: 59 ページ: 455-464
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2013.03.046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Production of l-theanine using glutaminase encapsulated in carbon-coated mesoporous silica with high pH stability (2012)
  • 著者名/発表者名: Tetsuji Itoh, Yasuto Hoshikawa, Shun-ichi Matsuura, Junko Mizuguchi, Hiroyuki Arafune, Taka-aki Hanaoka, Fujio Mizukami, Akari Hayashi, Hirotomo Nishihara, Takashi Kyotani
  • 雑誌名: Biochemical Engineering Journal 巻: 68 ページ: 207-214
  • DOI: 10.1016/j.bej.2012.07.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] カーボンのナノ構造制御と機能化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 京谷隆, 西原洋知, 干川康人
  • 雑誌名: マテリアルインテグレーション 巻: 24 ページ: 236-241
• [学会発表] 精製ラッカーゼを担持した炭素被覆アルミニウム陽極酸化皮膜による酵素電極の作製と評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 多和田華子, Alberto Castro-Muniz, 込山 拓, 中山 航, 干川康人, 京谷 隆, 野崎功一, 天野良彦, 伊藤徹二
  • 学会等名: 第41回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 日本,大野城
  • 年月日: 2014-12-08 – 2014-12-10
• [学会発表] 精製ラッカーゼを担持した炭素被覆アルミニウム陽極酸化皮膜による酵素電極の作製と評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 多和田華子, Alberto Castro-Muniz, 込山 拓, 中山 航, 干川康人, 京谷 隆, 山根祥平, 野崎功一, 天野良彦, 伊藤徹二
  • 学会等名: 第14回多元物質科学研究所研究発表会
  • 発表場所: 日本,仙台
  • 年月日: 2014-12-05
• [学会発表] 炭素薄膜で均一に被覆された無機ナノ多孔体の合成とその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 京谷 隆
  • 学会等名: 第350回触媒化学研究センターコロキウム
  • 発表場所: 日本,札幌
  • 年月日: 2014-10-20
  • 招待講演
• [学会発表] 炭素被覆無機ナノ多孔体の合成とその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 京谷 隆
  • 学会等名: 第113回黒鉛化合物研究会
  • 発表場所: 日本,京都
  • 年月日: 2014-10-03
  • 招待講演
• [学会発表] 黒鉛及び高温処理炭素のエッジ面の分析に基づく構造解析とその応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井孝文, 柏原 進, 大谷尚史, 小林俊介, 干川康人, 西原洋知, 京谷 隆, 鏑木 裕, 吉田明, 菱山幸宥, 神成尚克, 尾崎純一, 高井和之, 榎 敏明, 岡 秀亮
  • 学会等名: 平成26年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 日本,米沢
  • 年月日: 2014-09-20 – 2014-09-21
• [学会発表] 水分散性カーボンナノ試験管を用いたアミロイドβの線維化抑制 (2014)
  • 著者名/発表者名: 干川康人, 後藤圭司, 石井孝文, 和田健彦, 京谷隆
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 日本,鹿児島
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] 炭素材料研究の醍醐味と面白さ (2014)
  • 著者名/発表者名: 京谷 隆
  • 学会等名: 第52回炭素材料夏季セミナー
  • 発表場所: 日本,仙台
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-26
  • 招待講演
• [学会発表] 温処理炭素のエッジ面の分析とそれによる炭素構造の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井孝文, 柏原 進, 大谷尚史, 小林俊介, 干川康人, 西原洋知, 京谷 隆, 鏑木 裕, 吉田 明, 菱山幸宥, 神成尚克, 尾崎純一, 高井和之, 榎敏明
  • 学会等名: 第52回炭素材料夏季セミナー
  • 発表場所: 日本,仙台
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-26
  • 招待講演
• [学会発表] Carbon-Coated Alumina Films with Parallel Nanochannels as Enzymatic Bio-Electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: Alberto Castro-Muniz, Yasuto Hoshikawa, Hiroshi Komiyama, Wataru Nakayama, Hanako Tawata, Takashi Kyotani, Tetsuji Itoh, Kouichi Nozaki, Yoshihiko Amano
  • 学会等名: CARBON2014
  • 発表場所: Korea,Jeju
  • 年月日: 2014-06-29 – 2014-07-04
• [学会発表] Inhibition Effect of Carbon Nano-Test-Tubes on Amyloid Fibrillation (2014)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hoshikawa, Keiji Goto, Takafumi Ishii, Takehiko Wada, Takashi Kyotani
  • 学会等名: CARBON2014
  • 発表場所: Korea,Jeju
  • 年月日: 2014-06-29 – 2014-07-04
• [学会発表] Carbon-coated alumina film with a parallel array of straight nanochannels as enzymatic biofuel cell electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Castro-Muñiz, Y. Hoshikawa, H. Komiyama, W. Nakayama, H. Tawata, T. Kyotani, T. Itoh
  • 学会等名: 第40回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 日本,京都
• [学会発表] カーボンナノ試験管に吸着し たアミロイド β の定量化と線維化抑 制機構の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 後藤圭司,干川康人,石井孝文,和田健彦, 京谷 隆
  • 学会等名: 第40回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 日本,京都
• [学会発表] Preparation of biofuel‐cell by using a carbon‐coated alumina film as an enzymatic electrode (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hoshikawa, Alberto Castro-Muñiz, Hiroshi Komiyama, Wataru Nakayama, Takashi Kyotani, Tetsuji Itoh
  • 学会等名: 17th International Symposium on Intercalation Compounds (ISIC17)
  • 発表場所: Japan,Sendai
• [学会発表] Inhibition of amyloid fibrillation by the cavities of carbon nano-test-tubes (2013)
  • 著者名/発表者名: Keiji Goto, Yasuto Hosikawa, Takehiko Wada*, Takashi Kyotani
  • 学会等名: CARBON2013
  • 発表場所: Brazil,Rio de Janeiro
• [学会発表] Preparation of Enzymatic Biofuel-Cell Electrodes from a Carbon-Coated Alumina Film with Straight Nanochannels (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hoshikawa, Alberto Castro-Muñiz, Hiroshi Komiyama, Wataru Nakayama, Takashi Kyotani, Tetsuji Itoh
  • 学会等名: CARBON2013
  • 発表場所: Brazil,Rio de Janeiro
• [学会発表] A carbon-coated film with parallel and straight nanochannels as a biofuel cell electrode (2013)
  • 著者名/発表者名: Alberto Castro-Muñiz, Yasuto Hoshikawa, Hiroshi Komiyama, Wataru Nakayama, Takashi Kyotani, Tetsuji Itoh
  • 学会等名: International Symposium for the 70th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
  • 発表場所: Japan,Sendai
• [学会発表] カーボンナノ試験管のナノ空間を利用したアミロイド線維化の抑制と促進 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤圭司, 干川 康人, 和田 健彦, 京谷 隆
  • 学会等名: 平成24年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 日本,秋田
• [学会発表] カーボンナノ試験管のナノ空間を利用したアミ ロイド線維化の抑制と促進 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤圭司, 干川康人, 和田健彦, 京谷 隆
  • 学会等名: 第39回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 日本,長野
• [学会発表] 垂直配向した炭素ナノ細孔を用いた酵素電極の作製とバイオ燃料電池への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 込山 拓, Alberto Castro Muñiz, 中山 航, 干川康人, 京谷 隆, 伊藤徹二
  • 学会等名: 第39回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 日本,長野
• [学会発表] Templated carbons-structures, properties and applications (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kyotani
  • 学会等名: the 10th China-Japan-Korea Joint Symposium on Carbon Materials (CSE12)
  • 発表場所: China,Guangzhou
  • 招待講演
• [学会発表] DNA introduction into carbon nano-test-tubes -Effect of polynucleotide size and sequence- (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuto HOSHIKAWA, Takuya SAGAE, Shinya HAGIWARA, Takehiko WADA, Humi NAGATSUGI, Takashi KYOTANI
  • 学会等名: IACIS2012 (International Association of Colloid and Interface Scientists 2012)
  • 発表場所: Japan,Sendai
• [学会発表] Enzyme-immobilized carbon coated anodic aluminum oxide films as mediatorless electron transfer electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Alberto CASTRO-MUNIZ, Wataru NAKAYAMA, Yasuto HOSHIKAWA, Takashi KYOTANI, Tetsuji ITOH
  • 学会等名: IACIS2012 (International Association of Colloid and Interface Scientists 2012)
  • 発表場所: Japan,Sendai
• [学会発表] Carbon-coated anodic aluminum oxide films as direct electron transfer electrodes for biofuel cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Alberto Castro-Muñiz, Wataru Nakayama, Yasuto Hoshikawa, Takashi Kyotani, Tetsuji Itoh
  • 学会等名: Carbon2012
  • 発表場所: Poland,Krakow
• [学会発表] Preparation of Enzymatic Electrode Using Carbon-Coated Anodic Aluminum Oxide Film with Vertically Aligned One-Dimensional Nanopores (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hoshikawa, Wataru Nakayama, Alberto Castro-Muñiz, Takashi Kyotani, Tetsuji Itoh
  • 学会等名: KJF2012 (Korea-Japan Joint Forum, International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2012)
  • 発表場所: Japan,Sendai
• [学会発表] 垂直配向した炭素ナノ細孔を用いた直接電子移動型酵素電極の作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中山航, Alberto Castro-Muniz, 干川康人, 京谷隆, 伊藤徹二
  • 学会等名: 第11回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
  • 発表場所: 東北大学(片平),仙台
  • 年月日: 2011-12-08
• [学会発表] 酸素あるいは窒素を内表面にドープしたカーボンナノ試験管へのDNA導入と放出挙動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 干川康人, 寒河江拓也, Panvika Pannopard, 菅野康之, Ittisanronnachai Somlak, 和田健彦, 永次史, 京谷隆
  • 学会等名: 2011 PHyMシンポジウム
  • 発表場所: 東北大学(片平),仙台
  • 年月日: 2011-06-17
• [学会発表] 酸素あるいは窒素ドープしたカーボンナノ試験管へのDNA導入と放出 (2011)
  • 著者名/発表者名: 干川康人, 寒河江拓也, Panvika Pannopard, 菅野康之, Somlak Ittisanronnachai, 和田健彦, 永次史, 京谷隆
  • 学会等名: 第63回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 京都大学(吉田),京都
• [学会発表] プラスミドDNAとmRNAのカーボンナノ試験管への導入と遺伝子輸送への応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寒河江拓也, 干川康人, 萩原伸也, 和田健彦, 永次史, 京谷隆
  • 学会等名: 第38回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学,名古屋
• [学会発表] 炭素被覆したアルミニウム陽極酸化被膜を使用した直接電子移動型酵素電極の作製および評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中山航, Alberto Castro-Muniz, 干川康人, 京谷隆, 伊藤徹二
  • 学会等名: 第38回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学,名古屋
• [学会発表] Introduction of DNA molecules into carbon nano-test-tubes-effect of base sequence and conformation- (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hoshikawa, Takuya Sagae, Yasuyuki Kanno, Somlak Ittisanronnachai, Takehiko Wada, Fumi Nagatsugi, Takashi Kyotani
  • 学会等名: CARBON2011
  • 発表場所: China, Shanghai(招待講演)
• [学会発表] 鋳型炭素 -構造制御と機能-
  • 著者名/発表者名: 京谷 隆
  • 学会等名: 日本化学会関東支部 講演会「ナノ炭素材料」
  • 発表場所: 日本,東京
  • 招待講演
• [学会発表] 鋳型カーボン材料と電気化学デバイスへの応用
  • 著者名/発表者名: 京谷 隆
  • 学会等名: 第１２回燃料電池基盤技術研究懇話会
  • 発表場所: 日本,富士
  • 招待講演
• [学会発表] 炭素被覆アルミニウム陽極酸化皮膜を用いた酵素電極の作製とバイオ燃料電池への応用
  • 著者名/発表者名: 干川 康人, Alberto Castro-Muñiz, 込山 拓, 中山 航,京谷 隆, 伊藤 徹二
  • 学会等名: 2013 PHyMシンポジウム
  • 発表場所: 日本,仙台
• [学会発表] 水分散性カーボンナノ試験管への核酸内包と分解酵素からの保護効果
  • 著者名/発表者名: 多和田華子, 干川康人, 萩原伸也, 和田健彦, 永次 史, 京谷隆
  • 学会等名: 第13回多元物質科学研究所研究発表会
  • 発表場所: 日本,仙台
• [学会発表] カーボンナノ試験官へのアミロイドβ導入
  • 著者名/発表者名: 後藤圭司, 干川康人, 和田健彦, 京谷 隆
  • 学会等名: 高分子・ハイブリッド材料研究センター2012 PHyMシンポジウム
  • 発表場所: 日本,仙台
• [学会発表] 垂直配向した炭素ナノ細孔を用いた酵素電極の作製とバイオ燃料電池への応用
  • 著者名/発表者名: 込山 拓,Alberto Castro Muñiz,中山 航,干川康人,京谷 隆,伊藤徹二
  • 学会等名: 2012高分子・ハイブリッドセンター材料研究センター(PHyM)若手フォーラム
  • 発表場所: 日本,仙台
• [図書] カーボン材料実験技術（製造・合成編）-クラシックカーボンからナノカーボンまで- (2013)
  • 著者名/発表者名: 京谷 隆, 折笠広典, 西原洋知, 干川康人
  • 出版者: 株式会社国際文献社
• [備考] 東北大学 多元物質科学研究所 京谷研究室 Web site
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/kyotani/
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所京谷研究室
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/kyotani/