特集:日本のバイオ系μTAS最新技術

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特集にあたって

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馬場嘉信(名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 教授;(独)産業技術総合研究所 健康工学研究センター 副センター長)

本特集では,μTASのバイオ応用に関わる最新の研究動向を各研究分野で最先端研究を行っておられる研究者の方々に解説していただいた。本稿では,特集全体を理解する上で必要な,μTASバイオ応用の最新動向と今後の発展方向について概説する。また,μTASと関連の深いLab on a Chip,MEMS,マイクロマシン,マイクロリアクタなどの関連技術について,μTASとの類似点・相違点などについて,その定義,関連性,歴史,応用分野などから明らかにする。

【目次】
1. μTAS 2006国際会議にみるμTASバイオ応用の最新動向
2. μTASとその関連科学技術
2.1 μTAS
2.2 MEMS
2.3 マイクロリアクター
3. 3つの技術の背景と現在に至る関わり



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μTASのためのバイオインターフェイス構築
Biointerface for μTAS

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西澤一樹(東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻 博士課程)
高井まどか(東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻 講師)
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)

バイオセンサーを搭載したマイクロチップは,低侵襲で簡便かつ高速な診断を可能にする。しかし,微量検体中の微量生体分子を高感度かつ高精度に測定するためには,検出デバイスだけでなく,高機能なバイオインターフェイスの開発が必要不可欠である。特にμTAS開発においてマイクロ流路内では反応体積に占める表面積の割合が大きくなるため,バイオインターフェイスが測定に与える影響は大きく,マイクロ流路デバイスにおける表面改質の重要性が高まってきている。本稿では,筆者らが進めている高感度バイオセンサーの実現に向けた高機能バイオインターフェイスの研究について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. ノイズレベルを低減する表面の創製
3. バイオ分子固定化MPCポリマー表面
4. 高密度バイオ分子固定化のためのナノ構造表面創製
5. マイクロチップ内での微少量検体検出
6. おわりに



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遺伝子診断チップ
Microfluidic Devices for Genetic Analysis

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加地範匡(名古屋大学 大学院工学研究科 助手)
馬場嘉信(名古屋大学 大学院工学研究科 教授)

従来の化学・生化学分析法をマイクロスケールのチャネル内で実現するμTASは,オミクス研究の進展に貢献する基幹技術として期待されており,医療診断や環境分析といった様々な分野への応用研究が精力的に進められている。本稿では,ヒトゲノム計画に端を発するゲノム解析のために開発されたμTAS,特にマイクロチップ電気泳動を分析原理として利用した遺伝子診断チップについて紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. ハプロタイプ解析
3. SNPs(一塩基多型)解析
4. 挿入・欠失多型解析
5. 完全集積化型マイクロチップ
6. おわりに



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細胞研究・医療診断用チップ
Chips for Biomedical, Diagnostic, and Therapeutic Applications

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成瀬恵治(岡山大学 大学院医歯薬学総合研究科 システム循環生理学 教授)

【目次】
1. はじめに
2. ソフトリソグラフィーによるチップ製造法
3. 細胞研究用チップ
3.1 ストレッチ用チップ
3.2 シェアーストレス(マイクロチャネルを用いた流体力学的研究)
3.3 マイクロコンタクトプリンティング法を用いた細胞形態制御
4. ソフトリソグラフィーを医学・医療に応用
4.1 再生医療
4.2 不妊症
(1) One-Chip型Sperm Sorter&受精システム
(2) 人工授精用Sperm Sorterシステム
5. 今後の展望とバイオベンチャー



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ストレスマーカー計測チップ
Microfluidic Point of Care Testing Biochip for Stress Marker

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脇田慎一((独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター チーム長)
田中喜秀((独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター 主任研究員)
永井秀典((独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター 研究員)
宮道隆((独)産業技術総合研究所 ヒューマンストレスシグナル研究センター テクニカルスタッフ)

マイクロ流体デバイス技術を利用した,ポイント・オブ・ケア・テスティング(Point of Care Testing;POCT)型ストレスマーカー迅速アッセイデバイスを研究開発した。本稿では,対象分野のストレス科学・計測法を概説し,唾液ストレス計測チップの研究開発戦略を解説し,筆者らが行った被験者実験も含めて得られた研究成果を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. ストレス
3. ストレス計測
4. 唾液ストレス計測チップの研究開発戦略
5. 唾液ストレス計測ラボチップの研究開発
5.1 電気泳動型ラボチップによるNO代謝物の迅速アッセイ法開発と運動ストレスの予備的な検討
5.2 電気泳動型ラボチップによる唾液ストレスマーカー迅速アッセイ法のプロトタイプ開発
5.3 ラボCDによる唾液ストレス迅速アッセイ法の基礎検討
6. おわりに


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バイオ系マイクロTOF-MSの実用化研究
The Bioindustrial Significance of Micro-TOF-MS

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松本公平((独)海洋研究開発機構 地球内部変動研究センター 研究員;首都大学東京 理工学研究科 客員研究員;(株)山武 研究開発本部;オンサイトリサーチ(株))
伊永隆史(首都大学東京 理工学研究科 化学専攻 教授)
林智仁((株)山武 研究開発本部)
小出俊弘((株)山武 研究開発本部)

新しい質量分析計の活用法として,即時,現場(オンサイト)分析や,より一般市民が使えるようになるために,近年超小型質量分析計のニーズが非常に高まってきている。筆者らは,このニーズに対応するために超小型飛行時間型質量分析計の開発を行い完成したのは以前既に報告を行ったとおりであるが,今回このアプリケーション法として,どのような使い方があるのか,またどのような人たちが使うと質量分析法が社会貢献となるのかを俯瞰しながら,その要求性能の確認を行ったのでここに述べる。

【目次】
1. はじめに
2. マイクロTOF-MSのアプリケーション考察
2.1 調査内容
2.2 マイクロTOF-MSのアプリケーション調査結果―バイオ分野
2.3 マイクロTOF-MSのアプリケーション調査結果―環境分野
2.4 マイクロTOF-MSのアプリケーション調査結果―安全,安心分野
3. 性能追求実験
3.1 実験内容
3.2 実験結果
4. おわりに



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マイクロリアクターを用いた高効率化学合成
Efficient Chemical Synthesis Using Microreactors

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渡慶次学(名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 助教授)
菊谷善国((財)神奈川科学技術アカデミー 光科学重点研究室 マイクロ化学グループ 研究員)

【目次】
1. はじめに
2. マイクロリアクターの特徴
3. セグメントフローを利用した相間移動アルキル化反応
4. 温度制御によるニトリル加水分解反応の高選択率化
5. 三相(気相-液相-固相)系水素添加反応
6. ゲル粒子生産用マイクロ化学プラント
7. おわりに



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オンチップ細胞応答計測
On-chip Measurement of Individual Cell Response

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新井史人(東北大学 大学院工学研究科 バイオロボティクス専攻 教授)

単一細胞に着目して細胞応答を計測する需要は多く,微細加工技術によって製作したバイオチップを利用してオンチップで細胞を操作し,変化をその場で計測するシステムに関する研究が行われている。特定の細胞を操作し,分離後に培養し,環境変化に対する個々の細胞の応答を計測することを可能とするシステム技術を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. オンチップ細胞応答計測システムの必要性
2.1 機能や培養条件が未知な場合
2.2 遺伝子レベルでの機能が未知な場合
3. オンチップ細胞応答計測システムの要素技術
4. オンチップ細胞応答計測技術の事例紹介
4.1 感温性高分子ゲルを用いた細胞固定とオンチップ培養
4.2 光ピンセットを用いた細胞の位置決めと固定
4.3 光硬化性樹脂を用いた細胞のその場固定とオンチップ培養
4.4 垂直半透膜のその場造形と細胞応答計測
4.5 細胞伸展培養による分化の活性評価
5. おわりに



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特集:バイオチップ・μTAS加工受託企業

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・株式会社アルバック
・株式会社協同インターナショナル
・株式会社倉元製作所
・サイボックス株式会社
・フルイドウェアテクノロジーズ株式会社
・住友ベークライト株式会社



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BIO R&D

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精巣の細胞から卵をつくる―魚類精原細胞の性的可塑性―
Production of Eggs Derived from Testicular Cells : Sexual Bipotency of Fish Spermatogonia

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吉崎悟朗(東京海洋大学 海洋科学部 助教授)
奥津智之(東京海洋大学 海洋科学部 大学院生)

精子に分化することが運命付けられている精原細胞を孵化稚魚に移植すると,この精原細胞は宿主卵巣内に取り込まれ,成熟を開始した。さらに,これらの宿主魚を成熟させた結果,精原細胞に由来する卵が生産され,次世代の作出が可能であった。以上から,魚類精原細胞は完全な性的可塑性を有していることを明らかにした。

【目次】
1. 生殖細胞の異種間移植技法
2. 精原細胞の移植
3. 移植精原細胞は宿主精巣内で機能的な精子を形成するか?
4. 精原細胞は卵に分化するか?
5. 精原細胞由来の卵の性染色体
6. 将来展望



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ニコチンの創傷治癒促進効果
Nicotine Effects on the Wound Healing of Skin

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森本尚樹(京都大学 大学院医学研究科 形成外科学 助手)
鈴木茂彦(京都大学 大学院医学研究科 形成外科学 教授)

喫煙は創傷治癒に悪影響があるとするものが多い。最近,ニコチンが血管新生を促進するとの報告があり,創傷治癒を促進する可能性が示された。筆者らの実験では,ニコチン1.0×10-4Mを皮膚全層欠損層に投与すると創傷治癒促進効果があった。ニコチンを局所投与すれば新たな潰瘍治療薬として使用できる可能性もあると考えられた。

【目次】
1. はじめに
2. ニコチンの性質
3. ニコチンの血管新生促進効果
4. マウス全層皮膚欠損創への局所投与
4.1 方法
4.2 創の面積および組織評価
5. おわりに



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遺伝子組換え植物工場
Plant Factory for GM Plant

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安野理恵((独)産業技術総合研究所 ゲノムファクトリー研究部門 植物分子工学研究グループ 研究員)
松村健((独)産業技術総合研究所 ゲノムファクトリー研究部門 植物分子工学研究グループ 研究グループ長)

Plant-madepharmaceuticals(PMPs;組換え植物由来医療用物質)に関する研究開発は,ラボレベルの試験研究から実用化へ向けた次のステップを踏み始めた。(独)産業技術総合研究所ではPMPs製剤化モデルシステムの構築を目指して,現在,パイロットプラントとなる「密閉型遺伝子組換え植物工場」施設の建設を進めている。本施設では,組換え植物の栽培から,それを原材料とする医薬品製剤化までの一連の工程を,閉鎖された同一施設内で実施するものである。本稿では,本システム開発のニーズとそのコンセプト,また建設中の植物工場施設の概要について紹介する。

【目次】
1. はじめに
1.1 PMPsの優位性,国内外における研究開発の現状
1.2 密閉型植物工場施設のニーズ
1.3 国内外における野菜工場の現状と技術開発
2. 密閉型遺伝子組換え植物工場施設の概要
2.1 遺伝子拡散防止対策(封じ込め対策)
2.2 汚染防止対策
2.3 交雑防止対策
3. イヌインターフェロン発現イチゴの開発
3.1 CaIFNの歯周病に対する効果
3.2 CaIFN発現イチゴの開発
4. おわりに



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BIO BUSINESS

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バイオチップの市場動向
Market of Biochip

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【目次】
1. 概要
2. 種類
2.1 DNAチップ
2.2 プロテインチップ
2.3 糖鎖チップ
2.4 細胞・微生物チップ
3. 市場規模
4. 企業動向
5. 開発・事業化動向
5.1 タカラバイオ
5.2 キリンビール
5.3 東洋紡
5.4 日立ソフトウェアエンジニアリング
5.5 理化学研究所
5.6 日立製作所
5.7 山武
5.8 その他