シビレエイを用いたATP駆動型発電機の開発

• 研究課題/領域番号: 25709081
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 生物機能・バイオプロセス
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 田中 陽 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, ユニットリーダー (40532271)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 23,530千円 (直接経費: 18,100千円、間接経費: 5,430千円); 2016年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2015年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2014年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2013年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
• キーワード: 電気魚 / ATP / コンデンサ / 発電機 / 神経系 / 組織工学 / 流体工学 / 導電布 / 生物機能工学 / マイクロ・ナノバイオプロセス / MEMS・NEMS / ナノ・マイクロファブリケーション / ナノ・マイクロバイオシステム

研究成果の概要

火力や原子力等の既存の方法に代わる、クリーンで安全かつエネルギー効率の高い発電機の開発は急務である。そこで近年、生物機能に着目し、酸化還元酵素を利用したグルコースのみで発電するバイオ燃料電池が開発されているが、従来の発電法に比べて出力性能に劣る。一方、研究代表者は、強力な電気を発生する器官を有する電気魚に着目し、その生体特有の高機能な構造を直接組み込んだ高機能なATP発電機を実現することを着想した。そのためには、シビレエイの発電機構のデバイスへの集積化が必須である。以上をふまえ、本研究では、デバイス加工技術を用いて集積化したシビレエイ発電機構をベースとした発電機を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Development of integrated microfluidic devices for next-generation bioanalysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka
  • 雑誌名: Bunseki Kagaku 巻: 66 ページ: 487-494
  • NAID: 130005936870
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of long-term morphological changes of micro patterned molecules and cells on PDMS and glass surfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: Shun-ichi Funano, Nobuyuki Tanaka, Yo Tanaka
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 33 ページ: 723-725
  • NAID: 130005696805
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simple agarose micro-confinement array and machine-learning-based classification for analyzing the patterned differentiation of mesenchymal stem cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Tanaka, Tadahiro Yamashita, Asako Sato, Viola Vogel, Yo Tanaka
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A method of packaging molecule/cell-patterns in an open space into a glass microfluidic channel by combining pressure-based low/room temperature bonding and fluorosilane patterning (2017)
  • 著者名/発表者名: Shun-ichi Funano, Nobutoshi Ota, Asako Sato, Yo Tanaka
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 53 ページ: 11193-11193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a microchannel fabrication method keeping cell or molecule patterning formed in an open space using low/room temperature glass bonding (2017)
  • 著者名/発表者名: Shun-ichi Funano, Nobutoshi Ota, Asako Sato, Yo Tanaka
  • 雑誌名: Proceeding of Micro Total Analysis Systems 2017 巻: 1 ページ: 327-328
  • 査読あり
• [雑誌論文] An electric generator using living Torpedo electric organs controlled by fluid pressure-based alternative nervous systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka, Shun-ichi Funano, Yohei Nishizawa, Norihiro Kamamichi, Masahiro Nishinaka, Takehiko Kitamori
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 25899-25899
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microcasting with agarose gel via degassed polydimethylsiloxane molds for repellency-guided cell patterning (2016)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Tanaka, Hiroyuki Moriguchi, Asako Sato, Takayuki Kawai, Kenta Shimba, Yasuhiko Jimbo, Yo Tanaka
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 6 ページ: 54754-54762
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vapor-based micro/nano-partitioning of fluorofunctional group immobilization for long-term stable cell patterning (2016)
  • 著者名/発表者名: Shun-ichi Funano, Nobuyuki Tanaka, Yo Tanaka
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 6 ページ: 96306-96313
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Self-organized 3D bridging of cardiomyocytes toward creation of ultra small cell-driven pumps integrated in microstructure (2015)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka, Tadahiro Yamashita, Viola Vogel
  • 雑誌名: Proceeding of Micro Total Analysis Systems 2015 巻: 1 ページ: 1773-1775
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electric generation using electric organs of electric rays by chemical stimulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka, Yohei Nishizawa, Norihiro Kamamichi, Masahiro Nishinaka, Takehiko Kitamori
  • 雑誌名: Proceeding of Micro Total Analysis Systems 2015 巻: 1 ページ: 945-948
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simple valves on a PDMS microchip bonded via patterned oxygen plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Kawai, Hiroyuki Moriguchi, Yo Tanaka
  • 雑誌名: Proceeding of IEEE Transducers 2015 巻: 1 ページ: 1782-1785
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigation of scaffold materials for a bio-micropump using iPS cell derived cardiomyocytes (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Fujita, Yo Tanaka
  • 雑誌名: Proceeding of IEEE Transducers 2015 巻: 1 ページ: 2136-2139
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Integration of a reconstituted cell-free protein-synthesis system on a glass microchip (2015)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka, Yoshihiro Shimizu
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 31 ページ: 67-71
  • NAID: 130004827457
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluid driving system for a micropump by differentiating iPS cells into cardiomyocytes on a tent-like structure (2015)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka, Hideaki Fujita
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B: Chemical 巻: 210 ページ: 267-272
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simple bilayer on-chip valves using reversible sealability of PDMS (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Moriguchi, Takayuki Kawai, Yo Tanaka
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 5 ページ: 5237-5243
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] ガラス製マイクロ流体チップ内への生体材料のパッケージング方法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 船野俊一，太田亘俊，佐藤麻子，田中陽
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] Development of a microchannel fabrication method keeping cell or molecule patterning formed in an open space using low/room temperature glass bonding (2017)
  • 著者名/発表者名: Shun-ichi Funano, Nobutoshi Ota, Asako Sato, Yo Tanaka
  • 学会等名: The 21th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Stem cell based bio-actuated microsystem for a micropump using a thin polymer membrane (2015)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka, Hideaki Fujita
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-13
  • 国際学会
• [学会発表] マイクロ流路残留圧力を利用したゲルキャスティング (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中信行，森口裕之，佐藤麻子，川井隆之，田中陽
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会 第32回研究会
  • 発表場所: 北九州, 福岡
  • 年月日: 2015-11-26
• [学会発表] 線虫胚捕獲・観察用人工卵殻の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤麻子，辻井綾香，Yalikun Yaxiaer，森口裕之，人羅久子，大浪修一，田中陽
  • 学会等名: 化学とマイクロ・ナノシステム学会 第32回研究会
  • 発表場所: 北九州, 福岡
  • 年月日: 2015-11-26
• [学会発表] Self-organized 3D bridging of cardiomyocytes toward creation of ultra small cell-driven pumps integrated in microstructure (2015)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka, Tadahiro Yamashita, Viola Vogel
  • 学会等名: The 19th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (MicroTAS 2015)
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
  • 年月日: 2015-10-23
  • 国際学会
• [学会発表] Micro fluidic chip and glass microfluidic control devices (2015)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-09-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric generation using electric organs of electric rays by chemical stimulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka, Yohei Noshizawa, Norihiro Kamamichi, Masahiro Nishinaka, Takehiko Kitamori
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2015)
  • 発表場所: Anchorage, USA
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [学会発表] Simple valves on a PDMS microchip bonded via patterned oxygen plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Kawai, Hiroyuki Moriguchi, Yo Tanaka
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2015)
  • 発表場所: Anchorage, USA
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of scaffold materials for a bio-micropump using iPS cell derived cardiomyocytes (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Fujita, Yo Tanaka
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2015)
  • 発表場所: Anchorage, USA
  • 年月日: 2015-06-21
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a Simple PDMS Valve Fabricated by Oxygen Plasma Patterning with an Aluminum Sacrificial Layer (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Moriguchi, Takayuki Kawai, Yo Tanaka
  • 学会等名: 7th International Symposium on Microchemistry and Microsystems (ISMM2015)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-06-08
  • 国際学会
• [学会発表] Valves and pumps on glass microfluidic chips using flexibility of ultra thin glass (2015)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka
  • 学会等名: BIT’s 4th Annual Conference and EXPO of AnalytiX 2015
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2015-04-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A few micrometer sized glass filter fabricated by plasma etching on an ultra thin glass sheet (2014)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka
  • 学会等名: 18th International Conference on Miniaturized Chemical and Biochemical Analysis Systems (μTAS)
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [学会発表] Integration of cell-free protein-synthesis system on a glass microchip using continuous flow (2014)
  • 著者名/発表者名: Yo Tanaka, Yoshihiro Shimizu
  • 学会等名: 18th International Conference on Miniaturized Chemical and Biochemical Analysis Systems(μTAS)
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-30
• [図書] バイオチップの基礎と応用 -原理から最新の研究・開発動向まで- (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中陽
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.qbic.riken.jp/ibd/jpn/
• [備考] 理化学研究所 集積バイオデバイス研究ユニット
  • URL: http://www.qbic.riken.jp/ibd/jpn/