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バイオチップの技術と応用

(2004年『バイオチップの最新技術と応用』普及版)

商品コード: B0899

  • 監修: 松永是
  • 発行日: 2009年12月
  • 価格(税込): 4,104 円
  • 体裁: A5判、255ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0154-9

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刊行にあたって

 バイオチップ技術の本格的展開は、DNAチップの開発に始まる。2000年から2001年にかけて出版したDNAチップ応用技術、DNAチップ応用技術IIにおいて紹介した技術は、今までは汎用技術として受け入れられているものも少なくない。近年、急速に開発が進められているプロテインチップ、糖鎖チップ、細胞チップなどの開発は、これら技術を基に発展している。例えば、DNAのアレイ化の際に用いられるスタンプ方式やインクジェット方式の高集積化やフォトリソグラフィーに基づく固相合成は、バイオチップの基板技術といえる。一方で、タンパク質や糖鎖、細胞をチップ化する上で新たな手法や様々なチップ材料の研究が進められている。また、これまで主にヒトゲノムを中心としたゲノム解析、あるいはポストゲノム解析が研究対象であったのに対し、環境モニタリングやヘルスケアなどのより身近な応用も対象とされてきている。
 ポストゲノム時代のバイオチップに望まれるのは、テーラーメイド医療や創薬開発を始め、食品産業、環境産業、ヘルスケアなどの広範な産業への貢献である。本書に収められた原稿は、バイオチップに関わる材料、検出手法、情報処理、それらに基づく応用の最新技術についてまとめたものであり、様々な分野の研究者・技術者の方々へ情報を提供できればと思っている。
(「はじめに」より)

2004年6月  松永 是

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『バイオチップの最新技術と応用』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2009年12月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

松永 是   東京農工大学大学院 共生科学技術研究部 生命機能科学部門 教授
岡村好子   東京農工大学大学院 共生科学技術研究部 日本学術振興会 特別研究員
         (現)早稲田大学 理工学術院 准教授
田中 剛   東京農工大学大学院 共生科学技術研究部 生命機能科学部門 助手
         (現)東京農工大学大学院 共生科学技術研究院 准教授
久本秀明   兵庫県立大学大学院 物質理学研究科 物質反応解析学部門 助教授
         (現)大阪府立大学 工学研究科 准教授
松本 太   (財)神奈川科学技術アカデミー 「ナノホールアレー」プロジェクト 副研究室長
益田秀樹   (現)首都大学東京 都市環境科学研究科 教授
内田勝美   東京理科大学 理学部 応用化学科 助手
長崎幸夫   (現)筑波大学 学際物質科学研究センター 教授
石原一彦   東京大学大学院 工学系研究科 マテリアル工学専攻 教授
竹中繁織   (現)九州工業大学 工学研 究院物質工学研究部門 応用化学系 教授
中村 史   (現)(独)産業技術総合研究所 セルエンジニアリング研究部門 グループ長
近藤恭光   (独)理化学研究所 中央研究所 田代分子計測工学研究室 研究員
         (現)(独)理化学研究所 基幹研究所 長田抗生物質研究室
田代英夫   (独)理化学研究所 中央研究所 田代分子計測工学研究室 主任研究員
         (現)(独)理化学研究所 基幹研究所 名誉研究員
坊農秀雅   埼玉医科大学 ゲノム医学研究センター ゲノム科学部門 講師
         (現)大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構 ライフサイエンス統合データベースセンター 特任准教授
中村由紀子   愛媛女子短期大学 生命科学研究所 研究員
         (現)かずさDNA研究所 ゲノムバイテク研究室 プロジェクト研究員
池村淑道   (現)長浜バイオ大学 バイオサイエンス学部 コンピュータバイオサイエンス学科 教授
小笠原直毅   奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命学専攻 教授
金谷重彦   (現)奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 教授
棚村好彦   北海道大学 電子科学研究所 助手
三澤弘明   (現)北海道大学 電子科学研究所 教授
峰野純一   (現)タカラバイオ(株) 細胞・遺伝子治療センター センター長
志和美重子   サイファージェン・バイオシステムズ(株) 横浜研究所 所長
         (現)バイオ・ラッド ラボラトリーズ(株) リサーチソリューションセンター センター長
森  肇   (現)京都工芸繊維大学 工芸科学研究科 応用生物学専攻 教授;(株)プロテインクリスタル 代表取締役
中澤 裕   (現)(株)プロテインクリスタル 研究所 主任研究員
池田敬子   (現)(株)プロテインクリスタル 主任研究員
中山秀喜   (現)大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所 構造遺伝学研究センター 特任助教
久野 敦   (現)(独)産業技術総合研究所 糖鎖医工学研究センター 主任研究員
内山 昇   (現)(独)産業技術総合研究所 糖鎖医工学研究センター 特別研究員
平林 淳   (現)(独)産業技術総合研究所 糖鎖医工学研究センター 副センター長
長堀紀子   (現)北海道大学大学院 先端生命科学研究院 先端生体制御科学分野 特任助教
西村紳一郎   (現)北海道大学大学院 先端生命科学研究院 教授
彼谷高敏   東北大学大学院 工学研究科 生物工学専攻
         (現)コニカミノルタテクノロジーセンター(株) 光学バイオ技術開発室 アシスタントマネージャー
安川智之   東北大学大学院 環境科学研究科 助手
         (現)兵庫県立大学大学院 物質理学研究科 准教授
珠玖 仁   東北大学大学院 環境科学研究科 助教授
末永智一   (現)東北大学大学院 環境科学研究科 教授
安田賢二   (現)東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 教授
阪口利文   (現)県立広島大学 生命環境学部 環境科学科 准教授
本間紀美   国立がんセンター研究所 がん転移研究室
落谷孝広   国立がんセンター研究所 がん転移研究室 室長
藤城敏史   (現)富山県工業技術センター 機械電子研究所 所長
小幡 勤   (現)富山県工業技術センター 中央研究所 主任研究員
谷野克巳   富山県工業技術センター センター次長
         (現)谷野技術士事務所
岸 裕幸   (現)富山大学大学院 医学薬学研究部 免疫学 准教授
近藤佐千子   富山医科薬科大学 医学部 免疫学 助手
時光善温   富山医科薬科大学 医学部 免疫学
         (現)富山大学 医学薬学研究部(医学) 助教
本多 立   富山医科薬科大学 医学部 免疫学 助手
本木和美   富山医科薬科大学 医学部 免疫学
村口 篤   富山医科薬科大学 医学部 免疫学 教授
民谷栄一   (現)大阪大学大学院 工学研究科 精密化学・応用物理学専攻 教授
山村昌平   (現)(独)産業技術総合研究所 健康工学研究センター バイオマーカー解析チーム 研究員
鈴木正康   富山大学 工学部 電気電子システム工学科 教授
大永 崇   (現)富山県工業技術センター 中央研究所 主任研究員
森島圭祐   (現)東京農工大学大学院 共生科学技術研究院 先端生物システム学部門 准教授
一木隆範   (現)東京大学大学院 工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻 准教授
金 幸夫   東京大学 工学部 総合研究機構 助教授
         (現)茨城大学 理学部 教授

 執筆者の所属表記は、注記以外は2004年当時のものを使用しております。

目次

【第1編 総論】
第1章 バイオチップの技術総論
1. ポストゲノムシークエンスのアプローチ
2. プロテオームそして細胞レベルへ
3. バイオチップの応用
4. 本書をまとめるにあたって

【第2編 要素技術】
第1章 アレイ・チップ材料の開発
1. 磁性ビーズを利用したバイオチップ
1.1 はじめに
1.2 バイオアドレッシング技術
1.3 磁気計測技術のチップ解析への応用
1.4 磁性ビーズの開発状況
1.5 バイオ磁性ビーズの利用
1.5.1 バイオ磁性ビーズ表面への分子構築
1.5.2 タンパク質のアセンブリング技術
1.5.3 磁気プローブ
1.6 おわりに

2. 膜を利用したチップ
2.1 はじめに
2.2 マイクロチャネル内界面重合に基づく高分子膜の作製
2.3 ガス透過膜としてのマイクロチャンネル内高分子膜
2.4 チャネル内高分子膜への酵素固定化に基づく基質透過・化学変換膜の作製
2.5 おわりに

3. ナノポーラス材料に基づくバイオチップ
3.1 はじめに
3.2 アルミナナノホールアレイ構造およびバイオチップ基板の作製
3.3 生体関連分子の二次元高密度パターニング
3.4 フロースルー型三次元DNAアレイの作製
3.5 おわりに

4. バイオチップの表面処理技術
4.1 はじめに
4.2 DNAチップの表面処理
4.3 プロテインチップの表面処理
4.4 糖鎖チップの表面処理
4.5 細胞チップの表面処理
4.6 高感度化のためのチップ表面処理
4.6.1 SAMを利用した表面処理
4.6.2 プローブ分子の配向性を考慮した表面処理
4.6.3 ポリマーを利用した表面処理
4.7 おわりに

5. PCサーフェイステクノロジーによるバイオ分子高効率機能表面の創製
5.1 はじめに
5.2 究極のバイオインターフェイスとは―PCサーフェイステクノロジー―
5.3 バイオ分子の非特異的吸着抑制
5.4 バイオ分子の選択固体化
5.5 バイオ分子の安定化
5.6 PCサーフェイスを実装したバイオチップの実例
5.7 おわりに

第2章 バイオチップの検出技術開発
1. 分光学的手法および電気化学的手法
1.1 分光学的手法によるバイオチップの検出
1.2 電気化学的手法によるバイオチップの検出
1.3 おわりに

2. AFMによるバイオチップの加工と力学測定
2.1 はじめに
2.2 AFMを用いたリソグラフィー技術
2.3 酵素を用いたAFMによる生体分子微細加工
2.4 生体分子相互作用の力学測定
2.5 おわりに

3. 検出のための装置・システム・試薬の開発
3.1 はじめに
3.2 ハイブリダイゼーション装置
3.3 検出装置・試薬
3.4 デジタル検出技術の開発
3.5 おわりに

第3章 バイオチップの情報処理技術
1. バイオチップデータ解析のためのバイオインフォマティクス技術
1.1 バイオチップとバイオインフォマティクス
1.2 バイオチップからのデータを用意する
1.3 バイオチップデータ解析のためのバイオインフォマティクス技術
1.3.1 チップに用いる配列データソース
1.3.2 機能アノテーションと結びつけて解析する
1.3.3 データを可視化する
1.4 おわりに

2. 発現プロファイルに基づいた遺伝子の高精度分類法:細胞・組織特異的な発現遺伝子のマイニング
2.1 はじめに
2.2 時系列発現プロファイル解析
2.3 マイクロアレイ技術の植物遺伝子解析への応用
2.4 付録:BL-SOMのアルゴリズム

【第3編 応用・開発】
第1章 DNAチップの応用技術
1. 次世代遺伝子解析マイクロアレイの開発
1.1 はじめに
1.2 従来のDNAハイブリダイゼーション検出チップ
1.3 新しい原理に基づくDNAハイブリダイゼーション検出チップの開発
1.4 おわりに

2. マイクロビーズを利用した発現解析―MPSS―
2.1 はじめに
2.2 DNAマイクロビーズを用いた網羅的な発現解析
2.3 Megaclone
2.3.1 アンチタグマイクロビーズ
2.3.2 DNAマイクロビーズの作製
2.4 MPSS (Massively Parallel Signature Sequencing)
2.4.1 フローセル、エンコードアダプター、およびデコーダープローブ
2.4.2 MPSSによる塩基配列決定法
2.4.3 データ解析
2.5 データ紹介
2.6 おわりに

第2章 プロテインチップの応用技術
1. プロテインチップシステムの原理と臨床への応用
1.1 はじめに
1.2 プロテインチップシステムの特徴と原理
1.3 Expression Difference MappingTM(EDM;発現解析)アプローチ
1.4 Interaction DiscoveryTM Mapping(IDM;相互作用解析)アプローチ
1.5 臨床への応用
1.6 おわりに

2. 昆虫ウイルスの多角体を用いたプロテインチップの開発
2.1 はじめに
2.2 多角体へのタンパク質分子の固定化方法
2.3 多角体に固定化されたタンパク質の安定性
2.4 多角体へのリン酸化酵素の固定化とチップ作製
2.5 多角体へのアレルゲンの固定化とチップ作製
2.6 今後の展望

3. 抗体チップとDNAチップの比較
3.1 はじめに
3.2 抗体チップの現状
3.3 抗体チップ開発から、期待される波及技術

第3章 糖鎖チップの応用技術
1. 糖鎖マイクロアレイの開発動向
1.1 はじめに
1.2 第3のバイオチップ「糖鎖マイクロアレイ」の誕生
1.3 糖鎖マイクロアレイの種類
1.4 糖鎖マイクロアレイ応用研究の実際
1.5 おわりに

2. 糖鎖合成技術の開発
2.1 はじめに
2.2 糖鎖合成装置の開発:生合成プロセスを模倣した糖鎖自動合成装置“Golgi”
2.3 タンパク質提示基板としての糖鎖チップの利用
2.4 糖転移酵素チップの作製
2.5 おわりに

第4章 細胞チップの応用技術
1. 細胞・微生物チップの開発
1.1 はじめに
1.2 細胞・微生物パターニング
1.3 On-chip incubation
1.4 On-chip gene engineering

2. セロミクス研究のためのバイオチップ:オンチップ1細胞解析システム
2.1 はじめに
2.2 細胞が蓄えた後天的情報を解明する手法:オンチップ・1細胞解析システム
2.3 オンチップ1細胞計測系を用いた同一遺伝子を持った姉妹細胞、親子細胞の相同性比較
2.4 細胞集団のコミュニティサイズ、ネットワークパターンが持つ後天的情報の解析
2.5 おわりに

3. 発光微生物を用いた環境モニタリング
3.1 はじめに
3.2 システムの概要
3.3 計測の対象
3.4 発光微生物固定化チップの作製
3.5 発光微生物固定化チップからの生物発光
3.6 発光細菌固定化チップと簡易測定システムによるオンサイトBOD測定
3.7 発光細菌固定化チップを用いた実試料BODの測定
3.8 おわりに

4. 遺伝子機能解析の新しいツール:セルトランスフェクションアレイ
4.1 はじめに
4.2 アテロコラーゲンとは
4.3 Atelocollagen-based cell transfection arrayによるトランスフェクション
4.4 Atelocollagen-based cell transfection arrayの特長
4.5 Atelocollagen-based cell transfection arrayによる遺伝子機能解析
4.6 その他のトランスフェクションアレイ
4.7 おわりに

5. 免疫診断用マイクロウェルアレイ細胞チップ
5.1 はじめに
5.2 免疫診断用マイクロウェルアレイチップの開発
5.3 作製プロセス
5.4 ウェルのパラメータと性能
5.4.1 ウェルのサイズ
5.4.2 ウェル形状
5.4.3 表面
5.4.4 ウェルピッチ
5.4.5 マーカー
5.5 おわりに

6. リンパ球チップ
6.1 はじめに
6.2 抗原特異的Bリンパ球と抗体は1:1対応
6.3 リンパ球チップシステム
6.3.1 マイクロウェルアレイチップとスキャナ
6.3.2 抗原特異的リンパ球の検出
6.3.3 抗原特異的リンパ球の回収
6.4 従来の抗原特異的Bリンパ球の検出法との比較
6.5 リンパ球チップの応用
6.6 従来のモノクローナル抗体作製法との比較
6.7 おわりに

第5章 ラボオンチップの開発
1. バイオマイクロシステムの開発
1.1 はじめに
1.2 培養心筋細胞駆動を目指した足場材料の微細加工技術
1.3 心筋細胞駆動型バイオマイクロアクチュエーターとマイクロ流体制御デバイス
1.4 まとめおよび今後の展望

2. オンチップ細胞計測システムの開発
2.1 はじめに
2.2 チップ上での細胞・微粒子の輸送および操作の物理
2.3 電気泳動による細胞輸送
2.4 電気泳動による細胞表面電位の評価
2.5 セルソーターチップ
2.6 おわりに

3. 電極集積化マイクロチャネルチップ
3.1 はじめに
3.2 電極集積化マイクロチャネルチップの作製
3.3 電極集積化マイクロチャネルチップの応答特性
3.4 分光電気化学への応用
3.5 おわりに
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