高機能バイオナノ接合を目的とする界面メソ領域の設計

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10J10816
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 多賀谷 基博 長岡技術科学大学, 工学部, 助教 (20621593)
• キーワード: バイオイメージング / バイオセンサ / 水酸アパタイト / QCM-D / 発光 / ナノポーラスシリカ / 希土類イオン / 診断

研究概要

本年度は、バイオセンシング技術・バイオイメージング技術への実用を目指し、"(I)水晶振動子マイクロバランス法におけるエネルギー損失解析によって体液でのバイオナノ界面の計測法を確立"した。さらに、"(II)細胞を効率的かつ低侵襲にイメージするための材料創製技術を確立"した。
(I)では、水溶液系での生体親和性材料(水酸アパタイト、ポリ(スチレン))に対するタンパク質の吸着に関わる界面の構造と物性を明らかにした。まず、マイクロバランス法に適した水酸アパタイトナノ結晶のナノ薄膜の成膜条件を確立し、再現性良くタンパク質を吸着するラジカル表面処理法を見出した。そして、血清の多成分タンパク質溶液から形成される材料表面の吸着層の粘弾性物性と溶媒効果(イオン種の違いの効果)の関係を見出し、複合吸着状態を明らかにした。さらに、血清タンパク質が吸着した表面へ細胞が接着するプロセスを見出し、表面の材料がタンパク質を介して細胞に寄与することを明らかにした。
(II)では、生体内・外でがん細胞を効率よく検出するための材料創製を目的とし、生体・細胞親和性および発光効率の高いナノ粒子を創製した。具体的には、希土類イオンを添加した水酸アパタイトナノ粒子および多孔質シリカナノ粒子の合成法を確立し、形態を制御し、がん細胞と特異的に結合・取込まれる分子をナノ粒子表面へ化学修飾する技術を開発した。その結果、合成したナノ粒子は、可視光励起によりイメージングに十分な赤色発光強度を示した。さらに、希土類イオンの添加・表面化学修飾によりナノ粒子の構造・発光は維持され、がん細胞イメージングに最適なナノ粒子合成法を確立した。
本研究の成果は、医療診断技術(振動子法による生体分子検出、体内診断薬剤による内視鏡診断)への実用が可能である。企業との共同研究推進および特許出願を精力的に推進し、実用化に向けた研究を展開する定である。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

精力的に研究推進し、細胞と材料の界面の諸現象について有機的にリンクさせることによって、体系的に界面現象を理解することを実現したため、当初の計画以上に進展した。

今後の研究の推進方策

本研究課題は、初の計画以上に進展し、医療診断技術(振動子法による生体分子検出、体内診断薬剤による内視鏡診断)への明確な実用が可能である。振動子法による生体分子検出技術については、界面の重量変化と粘弾性変化に加えて、電気化学計測技術を付与した装置開発を実施する予定である。体内診断薬剤による内視鏡診断については、超早期診断と低侵襲治療が一体化した機能をもつ材料創製を実施予定である。その後、企業との共同研究推進および特許の出願を積極的に推進し、実用化に向けた研究を展開する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Analytical Investigation of Protein-mediation between Biomaterials and Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Tagaya, M.; Ikoma, T.; Hanagata, N.; Tanaka, J.
  • 雑誌名: Materials Express 巻: 2 ページ: 1-22
  • DOI: 10.1166/mex.2012.1053
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interfacial Serum Protein Effect on Biological Apatite Growth (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya, M.; Ikoma, T.; Takeguchi, M.; Hanagata, N.; Tanaka, J.
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 115 ページ: 22523-22533
  • DOI: 10.1021/jp208104z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nano-/Micro-Structural Effect of Hydroxyapatite Nanocrystals on Hepatocyte Cell Aggregation and Adhesion (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya M.; Yamazaki, T.; Tsuya, D.; Sugimoto, Y.; Hanagata, N.; Ikoma, T.
  • 雑誌名: Macromolecular Bioscience 巻: 11 ページ: 1586-1593
  • DOI: 10.1002/mabi.201100182
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minerals and Aligned Collagen Fibrils in Tilapia Fish Scales : Structural Analysis Using Dark-Field and Energy-Filtered Transmission Electron Microscopy and Electron Tomography (2011)
  • 著者名/発表者名: Okuda, M.; Ogawa, N.; Takeguchi, M.; Hashimoto, A.; Tagaya, M.; Chen, S.; Hanagata, N.; Ikoma, T.
  • 雑誌名: Microscopy and Microanalysis 巻: 17 ページ: 788-798
  • DOI: 10.1017/S1431927611011949
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Luminescence Properties of Eu(III)-doped Nanoporous Silica Spheres (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya M.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Tanaka, J.
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 363 ページ: 456-4648
  • DOI: 10.1016/j.jcis.2O11.07.066
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immobilization of Folic Acid on Eu^<3+>-doped Nanoporous Silica Spheres (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya M.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Tanaka, J.
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 47 ページ: 8430-8432
  • DOI: 10.1039/c1cc12058a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Competitive adsorption behavior of fibronectin and albumin on hydroxyapatitenanocrystals (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya, M.; Ikoma, T.; Hanagata, N.; Tanaka, J.
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 12 ページ: Article ID : 034411,7
  • DOI: 10.1088/1468-6996/12/3/034411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Interfacial Proteins on Cell Adhesion Behavior on Hydroxyapatite Nanocrystals (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya, M.; Ikoma, T.; Takemura, T.; Managata, N.; Tanaka, J.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 27 ページ: 7645-7653
  • DOI: 10.1021/la200621p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of Interfacial Phenomena with Osteoblast-like Cell Adhesion on Hydroxyapatite and Oxidized Polystyrene by the Quartz Crystal Microbalance with Dissipation (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya, M.; Ikoma, T.; Takemura, T.; Hanagata, N.; Okuda, M.; Yoshioka, T.; Tanaka, J.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 27 ページ: 7635-7644
  • DOI: 10.1021/la200008z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo-assisted Fusion Behavior of Decanethiol-Passivated Gold Nanoparticles by Vacuum Ultraviolet Light Exposure (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya M.; Nakagawa, M.
  • 雑誌名: Industrial and Engineering Chemistry Research 巻: 50 ページ: 7398-7402
  • DOI: 10.1021/ie200089n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Synthesis of Eu(III)-Containing Nanoporous Silicas (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya M.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Minami, F.; Tanaka, J.
  • 雑誌名: Materials Letters 巻: 65 ページ: 65
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2011.04.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hepatocyte Adhesion Behavior on Modified Hydroxyapatite Nanocrystals with Quartz Crystal Microbalance (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya M.; Yamazaki, T.; Migita, S.; Hanagata, N.; Ikoma, T.
  • 雑誌名: Bioceramics Development and Applications 巻: 1 ページ: Article ID : D110157,4
  • DOI: 10.4303/bda/D110157
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initial Adhesion Behavior of Fibroblasts onto Hydroxyapatite Nano-crystals (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya M.; Ikoma, T.; Takemura, T.; Migita, S.; Okuda, M.; Yoshioka, T.; Hanagata, N.; Tanaka, J.
  • 雑誌名: Bioceramics Development and Applications 巻: 1 ページ: Article ID : 110165,4
  • DOI: 10.4303/bda/D110165
  • 査読あり
• [学会発表] 無機・金属粒子と有機分子の接合界面の設計による高機能材料創出 (2012)
  • 著者名/発表者名: 多賀谷基博、本塚智
  • 学会等名: 彩の国BUSINESS ARENA 2012産学連携フェア
  • 発表場所: 埼玉県埼玉スーパーアリーナ
  • 年月日: 20120125-20120126
• [学会発表] Mecanochemically-controlled Incorporation of anthracene into sllica-surfactant nanostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: Motozuka, S.; Tagaya M.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Xu, Z.; Kobayashi, T.; Tanaka, J.
  • 学会等名: 243^<th> ACS National Meeting & Exposition
  • 発表場所: San Diego Convention Center, California, USA
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] Mechanochemical control of methane adsorption and dissociation on newly-generated iron surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: Motozuka, S.; Tagaya M.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Xu, Z.; Tanaka, J.
  • 学会等名: 243^<th> ACS National Meeting & Exposition
  • 発表場所: San Diego Convention Center, California, USA
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] Folate-conjugated luminescent nanoporous silica spheres for bio-imaging (2012)
  • 著者名/発表者名: Tagaya M.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Xu, Z.; Motozuka, S.; Kobayashi, T.; Tanaka, J.
  • 学会等名: 243^<th> ACS National Meeting & Exposition
  • 発表場所: San Diego Convention Center, California, USA
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] Mechanochemicallly-induced interfacial bonding formation between 8-hydroxyquinoline and hydroxyapatite nanocrystals (2012)
  • 著者名/発表者名: Motozuka, S.; Tagaya M.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Xu, Z.; Tanaka, J.
  • 学会等名: 243^<th> ACS National Meeting & Exposition
  • 発表場所: San Diego Convention Center, California, USA
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] ミリング法による金属-黒鉛複合粒子の創製と接合界面の評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 本塚智、森永正彦、多賀谷基博、生駒俊之、吉岡朋彦、許哲峰、田中順三
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2012年年会
  • 発表場所: 京都大学(吉田キャンパス)
  • 年月日: 2012-03-19
• [学会発表] Euドープ多孔質シリカナノ粒子の創製とバイオ診断 (2012)
  • 著者名/発表者名: 多賀谷基博、生駒俊之、吉岡朋彦、許哲峰、南不二雄、田中順三
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2012年年会
  • 発表場所: 京都大学(吉田キャンパス)
  • 年月日: 2012-03-19
• [学会発表] タンパク質吸着に対して再利用可能な水酸アパタイトナノ結晶センサの作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 多賀谷基博、生駒俊之、花方信孝、竹村太郎、吉岡朋彦、田中順三
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] バイオ診断のための発光多孔質シリカナノ粒子の創製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 多賀谷基博、生駒俊之、吉岡朋彦、許哲峰、田中順三
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 高透明・無機-有機複合材料の紹介 (2012)
  • 著者名/発表者名: 多賀谷基博
  • 学会等名: 2012年第四回複合材料創出官学連携シンポジウム
  • 発表場所: 岐阜県岐阜じゅうろくプラザ
  • 年月日: 2012-03-09
• [学会発表] Preparation of Pulp/Hydroxyethyl Cellulose Composite Gels and the Application for Biomaterials (2012)
  • 著者名/発表者名: Karla, T.; Tagaya, M.; Kobayashi, T.
  • 学会等名: The 1st International GIGAKU Conference in Nagaoka (IGCN)
  • 発表場所: 新潟県長岡市
  • 年月日: 2012-02-04
• [学会発表] 産学連携を目指したナノバイオ界面創出に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 多賀谷基博
  • 学会等名: 平成23年度長岡鉄工業青年研究会若手研究者交流会
  • 発表場所: 新潟県まちなかキャンパス長岡(招待)
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] Study of Biomaterial Sheets Made of Pulp/Hydroxymethyl Cellulose for a Purpose of Biocompatibility (2011)
  • 著者名/発表者名: Karla, T.; Tagaya M.; Kobayashi T.
  • 学会等名: 5^<th> Symposium on Japan-Mexico USA Consortium for Technological Engineering
  • 発表場所: University of Guanajuato, Gto., Mexico
  • 年月日: 2011-11-30
• [学会発表] Synthesis and Characterization of Geopolymers Using Rice Hush Silica for Metakaolin Derivatives (2011)
  • 著者名/発表者名: Lopez F.J.; Sugjta, S.; Tagaya M.; Kobayashi, T.
  • 学会等名: 5^<th> Symposium on Japan-Mexico USA Consortium for Technological Engineering
  • 発表場所: University of Guanajuato, Gto., Mexico
  • 年月日: 2011-11-30
• [学会発表] 架橋密度の異なる魚うろこコラーゲン線維膜の機械的特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 許哲峰、生駒俊之、吉岡朋彦、多賀谷基博、松本令奈、植村寿公、田中順三
  • 学会等名: 第33回日本バイオマテリアル学会大会
  • 発表場所: 京都府立総合交流プラザ
  • 年月日: 2011-11-30
• [学会発表] バイオイメージングのためのEu添加発光性アパタイトの作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 竹田龍平、多賀谷基博、生駒俊之、吉岡朋彦、南不二雄、田中順三
  • 学会等名: 第33回日本バイオマテリアル学会大会
  • 発表場所: 京都府立総合交流プラザ
  • 年月日: 2011-11-30
• [学会発表] Fibrinogen Adsorption on Hydroxyapatite, Carbonate Apatite and Gold Surfaces In Situ Detected by Quartz Crystal Microbalance with Resistance Technique (2011)
  • 著者名/発表者名: Yonekura, H.; Tagaya M.; Yoshioka, T.; Ikoma, T.; Tanaka, J.
  • 学会等名: 2011 Materials Research Society (MRS) Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston, U.S.A.
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] Effect of Glutaraldehyde on Properties of Collagen Fibril Membranes Prepared from Fish Scale Collagen (2011)
  • 著者名/発表者名: Xu, Z.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Tagaya M.; Matsumoto, R.; Uemura, T.; Tanaka, J.
  • 学会等名: 2011 Materials Research Society (MRS) Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston, U.S.A.
  • 年月日: 2011-11-29
• [学会発表] Eu(III)ドープ水酸アパタイトナノ結晶の発光特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 竹田龍平、多賀谷基博、生駒俊之、吉岡朋彦、南不二雄、田中順三
  • 学会等名: 第24回DV-Xα研究会
  • 発表場所: 静岡大学静岡(大谷)キャンパス
  • 年月日: 2011-08-11
• [学会発表] 金属とメタンのメカノケミカル反応とDV-Xα法による界面結合状態の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 本塚智、伊藤悠介、多賀谷基博、森永正彦、生駒俊之、吉岡朋彦、佐藤公泰、堀田裕司、田中順三
  • 学会等名: 第24回DV-Xα研究会
  • 発表場所: 静岡大学
  • 年月日: 2011-08-11
• [学会発表] メカノケミカル反応による水酸アパタイトナノ結晶と有機分子の複合化とDV-Xα法による界面結合状態の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 本塚智、多賀谷基博、生駒俊之、吉岡朋彦、佐藤公泰、堀田裕司、田中順三
  • 学会等名: 第24回DV-Xα研究会
  • 発表場所: 静岡大学静岡(大谷)キャンパス
  • 年月日: 2011-08-11
• [学会発表] Euドープ多孔質シリカナノ粒子の発光特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 多賀谷基博、吉岡朋彦、生駒俊之、南不二雄、田中順三
  • 学会等名: 第24回DV-Xα研究会
  • 発表場所: 静岡大学静岡(大谷)キャンパス
  • 年月日: 2011-08-11
• [学会発表] Fibrinogen Adsorption on Hydroxyapatite and Carbonateapatite Nanocrystals Analyzed with Quartz Crystal Microbalance Technique (2011)
  • 著者名/発表者名: Yonekura, H.; Tagaya M.; Yoshioka, T.; Ikoma, T.; Tanaka, J.
  • 学会等名: Joint Conference of the Fifth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics and the 2nd International Conference on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials
  • 発表場所: 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] Mechanical properties of collagen fibril membrane from fish scales (2011)
  • 著者名/発表者名: Xu, Z.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Tagaya, M.; Matsumoto, R.; Uemura, T.; Tanaka, J.
  • 学会等名: Joint Conference of the Fifth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics and the 2nd International Conference on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials
  • 発表場所: 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] Immobilization of folic acid on europium(III)-doped nanoporous silica spheres (2011)
  • 著者名/発表者名: Tagaya, M.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Minami, F.; Tanaka, J.
  • 学会等名: Joint Conference of the Fifth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics and the 2nd International Conference on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials
  • 発表場所: 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] Photoluminescence Properties of Eu-doped Hydroxyapatite Nanocrystals (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeda, R.; Tagaya, M.; Ikoma, T.; Minami, F.; Yoshioka, T.; Tanaka, J.
  • 学会等名: Joint Conference of the Fifth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics and the 2nd International Conference on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials
  • 発表場所: 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] Fabrication of metal-graphite composite particles by milling process (2011)
  • 著者名/発表者名: Motozuka, S.; Tagaya, M.; Ikoma, T.; Yoshioka, T.; Tanaka, J.
  • 学会等名: Joint Conference of the Fifth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics and the 2nd International Conference on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials
  • 発表場所: 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2011-06-23
• [学会発表] ナノ粒子診断材料の創製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 多賀谷基博
  • 学会等名: 第2回複合材料創出中都都市エリア官学連携シンポジウム
  • 発表場所: 岐阜県岐阜じゅうろくプラザ(招待)
  • 年月日: 2011-04-23
• [備考] 下記URLは、最近の研究内容を簡単に紹介したWebページです。
  • URL: http://ntic.nagaokaut.ac.jp/seeds-collectjon/63.html