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ナノ融合による先進バイオデバイス    
Advanced interdisciplinary biodevices based on nanotechnology
[コードNo.2011T828]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 民谷栄一
■体裁/ B5判 267ページ
■発行/ 2011年11月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 73,440円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0487-8

 
★分野を越えたナノ融合領域における研究の最前線、ナノバイオデバイスを一挙紹介!
★生体分子をいかに利用・制御するか、分野を支える要素技術を詳説!
★創薬や疾病診断、環境への応用など、本格的な実用化に向けた研究開発情報を多数掲載!

キーワード

ナノバイオデバイス/生体機能材料/生体情報変換/生体エネルギー変換/ナノマテリアル/ナノ構造体/ナノデバイス/バイオセンサー/バイオチップ

刊行にあたって

 ナノバイオデバイスとは、ナノマテリアルやナノ構造作成技術により実現したナノデバイスと生体機能材料との融合により各分野へ応用展開される極めて先進的なプロダクトを示す。21世紀は、ナノテクイシアチィブで幕開けし、ナノに関するサイエンス、テクノロジーが順調に成長している。ナノ領域の現象は、化学、物理学、生物学分野を越えてきわめて本質的に意義があり、既存の学問の枠にとらわれないまさしく融合領域の研究分野である。近年、ナノマテリアルやナノ構造制御により、光や電位などの局所場(ナノ領域)の特性を解析する手法やナノ空間制御された分子複合体/高分子の設計創成が進展しており、これらの成果を用いたバイオ分子の機能解析やその応用なども進んでいる状況を踏まえ、ナノバイオデバイスに関連する本企画を行った。
 バイオデバイスが注目する生体の行う情報変換やエネルギー変換では、これらを担う分子が存在し、それらの分子化学反応によりそれらの機能が発現している。いうまでもなく。これらの分子反応は、酵素触媒や生体分子間の選択的相互作用により、基本的には常温常圧条件下で活性化され進行するため、極めて効率の良い分子システムである。遺伝情報、脳神経情報、生体防御情報(免疫など)などの生体情報変換には、細胞膜、染色体、神経シナプスなど分子複合体から構成されるナノ構造体が反応場を提供している。その中でも生体分子の持つ分子認識機構や触媒機構を応用したバイオセンサーやバイオチップに関連したナノバイオデバイスの進展が目覚ましい。例えば、ナノ金属構造を活用した局在プラズモン共鳴抗体アレイ、CNTをゲートに配置したCNTーFETバイオデバイス、ナノポアやナノピラー構造を用いたバイオデバイなどが開発されている.一方、生体の基本単位である細胞機能を明らかにするためのナノ走査バイオイメージング、創薬のための細胞チップなども有用である。その他、感覚を模倣した五感センサー、環境センサーなども進められている。
 以上をふまえて本書は目次に示すような構成となっている。本書がこの関連する読者に有意義な情報が提供できることを望んでいる。

監修者

民谷栄一大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 教授

執筆者一覧(執筆順)

前橋兼三大阪大学 産業科学研究所 准教授
畠山士東京工業大学 ソリューション研究機構 特任講師
半田宏東京工業大学 ソリューション研究機構;大学院生命理工学研究科 教授
増田光俊(独)産業技術総合研究所 ナノチューブ応用研究センター 研究チーム長
坂本健東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 助教
西村達也東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 助教
加藤隆史東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 教授
岸村顕広東京大学 大学院工学系研究科 マテリアル工学専攻 助教
小澤龍彦富山大学 大学院医学薬学研究部(医学)免疫学 助教
岸裕幸富山大学 大学院医学薬学研究部(医学)免疫学 准教授
村口篤富山大学 大学院医学薬学研究部(医学)免疫学 教授
高木昌宏北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 教授
濱田勉北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 准教授
萩原秀幸北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科
辻野義雄千葉科学大学 薬学部 教授
平塚祐一北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 准教授
植田充美京都大学 大学院農学研究科 教授
神保泰彦東京大学 大学院新領域創成科学研究科 教授
森口裕之東京大学 大学院新領域創成科学研究科 講師
榛葉健太東京大学 大学院新領域創成科学研究科
寺村裕治京都大学 放射性同位元素総合センター 助教
岩田博夫京都大学 再生医科学研究所 教授
安井隆雄名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻;革新ナノバイオデバイス研究センター 大学院生
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;革新ナノバイオデバイス研究センター 准教授
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;革新ナノバイオデバイス研究センター 教授
斉藤真人大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 助教
遠藤達郎大阪府立大学 大学院工学研究科 物質・化学系専攻 応用化学分野 准教授
松崎典弥大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 助教
西口昭広大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 博士前期課程学生
門脇功治大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 博士後期課程学生
明石満大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 教授
小西聡立命館大学 理工学部 教授
吉川裕之大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 助教
谷口正輝大阪大学 産業科学研究所 准教授
川合知仁大阪大学 産業科学研究所 特任教授
珠玖仁東北大学 大学院環境科学研究科 准教授
末永智一東北大学 原子分子材料高等研究機構;大学院環境科学研究科 教授
宮原裕二東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 制御分野 教授
合田達郎東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 制御分野 助教
Le Quynh Hoa大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻
加藤功一広島大学 大学院医歯薬学総合研究科 教授
納谷昌之富士フイルム(株) R&D統括本部 先端コア技術研究所 主席研究員
岡本浩治田中貴金属工業(株) メディカル部 執行役員、部長
岩本久彦田中貴金属工業(株) メディカル部 チーフマネージャー
榊原雄広田中貴金属工業(株) メディカル部 リーダー
芝井勇亮田中貴金属工業(株) メディカル部 次席技術員
永井秀典(独)産業技術総合研究所 健康工学研究部門 研究員
三林浩二東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 計測分野 教授
山口佳則大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 大阪大学フォト二クスセンター 特任准教授
岩崎弦NTTマイクロシステムインテグレーション研究所 マイクロセンサ研究グループ 主任研究員
高村禅北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 教授
黒田章夫広島大学 大学院先端物質科学研究科 教授
石田丈典広島大学 大学院先端物質科学研究科 特任助教
竹山春子早稲田大学 理工学術院 教授
モリテツシ早稲田大学 理工学術院 助教
庄子習一早稲田大学 理工学術院 教授

構成および内容

【第1編 要素技術】

第1章ナノマテリアル
1グラフェンの特性とバイオデバイスへの展開  前橋兼三
1.1はじめに
1.2グラフェンの特性と電界効果トランジスタ
1.3グラフェン電界効果トランジスタの作製
1.4溶液中でのグラフェン電界効果トランジスタの特性およびpH依存性
1.5グラフェン電界効果トランジスタを用いたタンパク質の検出
1.6おわりに
2高機能性ナノ磁性粒子と医療・バイオへの応用  畠山 士、半田 宏
2.1はじめに
2.2FGビーズの作製とそれを用いたアフィニティ精製技術
2.3高機能性蛍光・磁性ビーズ(FFビーズ)の作製と応用
2.4二段階リガンド交換反応を用いた水高分散性ナノ磁性微粒子の作製とバイオメディカル分野への応用
2.5おわりに
3有機ナノチューブの構築とナノバイオ応用  増田光俊
3.1はじめに
3.2ナノチューブの応用のための技術
3.2.1形成メカニズム
3.2.2テーラーメード化
3.2.3ゲストカプセル化と放出
3.3ナノバイオへの応用
3.3.1ナノ空間でのタンパク質の安定性化
3.3.2ベクター機能
3.3.3バイオインターフェース機能
3.3.4安全性
3.4まとめ
4バイオミネラリゼーションにならう有機/無機ナノ融合材料の開発  坂本 健、西村達也、加藤隆史
4.1はじめに
4.2真珠層形成とそれにならうCaCO3薄膜形成
4.3水溶性ペプチドを用いたCaCO3薄膜の配向制御
4.4規則構造を有する高分子基板を用いた複合材料作製
4.5生体にならう金属酸化物の構造制御によるナノデバイス作製
4.6まとめ
5ナノマテリアルの生体内利用とナノDDS、ナノ生理学へのアプローチ  岸村顕広
5.1ナノマテリアルの生体内利用
5.2ナノ材料と生体の相互作用:ナノバイオデバイスの設計に向けて
5.3ナノバイオデバイスのDDSへの応用
5.3.1低分子薬剤のデリバリー:制がん剤を例として
5.3.2生体高分子のデリバリー:遺伝子・核酸・タンパク質をどう扱うか
5.3.3ナノマテリアルを用いたバイオイメージング
5.4ナノバイオデバイスの物性と生体内でのふるまい
5.4.1ナノデバイスのサイズの効果
5.4.2ナノデバイスの形態の効果
5.4.3表面構造・表面物性の効果
5.4.4硬さの効果
5.5おわりに:ナノ生理学に向けて
第2章ナノバイオテクノロジー
1シングル細胞チップと抗体医薬への応用  小澤龍彦、岸 裕幸、村口 篤
1.1はじめに
1.2シングル細胞チップ
1.3抗原特異的リンパ球の検出
1.3.1MAC-CCD system:細胞内Ca2+濃度を測定する方法
1.3.2ISAAC法:抗体産生B細胞が分泌する抗体を可視化する方法
1.4抗体医薬への応用
1.5おわりに
2巨大リポソームの界面活性剤誘起ダイナミクス  高木昌宏、濱田 勉、萩原秀幸、辻野義雄
2.1はじめに
2.2界面活性剤
2.3脂質と界面活性剤の相互作用
2.4界面活性剤の刺激性評価(動物実験の現状)
2.5脂質と蛍光色素
2.6膜ダイナミクス
2.7膜孔形成とドレイズスコアの相関性
2.8まとめ
3生体分子モーターデバイス  平塚祐一
3.1はじめに
3.2モータータンパク質とは
3.3キネシン・微小管運動のμTASへの応用
3.4微小回転モーター
3.5モータータンパク質で駆動するディスプレイ
3.6まとめ
4細胞表層デザインナノ工学  植田充美
4.1はじめに
4.2分子ディスプレイ:アーミング技術によるタンパク質機能検索のハイスループット化
4.3高速で簡便な網羅的タンパク質ライブラリーの作製
4.4スクリーニングの高速自動化のナノテクノロジーからの対応
4.5おわりに
5神経細胞ネットワークの構成と活動計測  神保泰彦、森口裕之、榛葉健太
5.1はじめに
5.2発生・発達過程における標的認識と突起伸長
5.3人工環境下での神経突起伸長制御
5.4小規模神経回路の構築と活動計測
5.5神経系の再生医療に向けた細胞ネットワークin vitro再構成
5.6まとめ
6細胞表層デザイン  寺村裕治、岩田博夫
6.1DNA-PEG脂質の細胞表面修飾
6.1.1PEG脂質を用いた細胞表面修飾法
6.1.2細胞の二次元配列への応用
6.2細胞表面修飾の糖尿病治療への応用
6.2.1膵島表面への抗凝固活性の付与
6.2.2細胞による膵島のカプセル化
6.3おわりに
第3章ナノファブリケーション
1ナノピラーデバイス・ナノウォールデバイス  安井隆雄、渡慶次学、馬場嘉信
1.1はじめに
1.2ナノピラーデバイス・ナノウォールデバイスの作製
1.3ナノピラーデバイスを用いた生体分子の分離分析
1.4ナノウォールデバイスを用いた生体分子の分離分析
1.5おわりに
2ナノインプリント  斉藤真人
3プリンタブルフォトニクス  遠藤達郎
3.1はじめに
3.2プリンタブルフォトニクス
3.3プリンタブルフォトニクスによって作製したフォトニック結晶
3.3.1フォトニック結晶とは
3.3.2フォトニック結晶を用いたバイオセンシング
3.4プリンタブルフォトニクスデバイスを用いたナノバイオデバイス
3.4.1抗原抗体反応の非標識検出
3.4.2フォトニック結晶を用いた唾液中インフルエンザウイルスの検出
3.5おわりに
4ナノ薄膜による細胞の三次元操作  松崎典弥、西口昭広、門脇功治、明石 満
4.1はじめに
4.2細胞積層法
4.3血管モデル組織の構築と薬剤応答評価
4.4インクジェットプリントを応用した組織チップの構築と薬剤応答評価
4.5細胞集積法による血管網を有する積層組織の短期構築
4.6まとめ
5微細加工できるカーボン:パイロポリマーとデバイス  小西 聡
5.1はじめに
5.2微細加工できるカーボン材料:パイロポリマー
5.3パイロポリマーの微細構造
5.4パイロポリマーを用いた電気化学デバイス
5.5おわりに
第4章ナノフォトニクス、ナノエレクトロニクス
1ナノフォトニックバイオセンサー  吉川裕之
1.1はじめに
1.2微小共振器構造
1.3干渉性ナノ薄膜およびフォトニック結晶構造
1.4貴金属ナノ構造:表面プラズモン共鳴の利用
1.5貴金属ナノ構造:局在表面プラズモン共鳴の利用
1.6まとめ
2ナノポアデバイス  谷口正輝、川合知二
2.1はじめに
2.2ナノポアデバイスとは
2.2.1バイオ・固体ナノポアデバイス
2.2.2ゲーティングナノポアデバイス
2.3ゲーティングナノポアデバイスの作製方法
2.4ゲーティングナノポアデバイスによる1塩基分子識別
2.5ナノポアデバイスによる変異塩基分子の1分子識別
2.6おわりに
3電気化学ナノイメージング  珠玖 仁、末永智一
3.1はじめに
3.2多点計測デバイスを用いた電気化学イメージング
3.3走査型電気化学顕微鏡(SECM)
3.4ナノスケールで顕著になる電気化学的現象について
4ナノバイオFET  合田達郎、宮原裕二
4.1はじめに
4.2ナノ材料・ナノ構造を用いたバイオFET
4.3ナノバイオFETの新たな挑戦
4.3.1電荷標識による高感度タンパク質検出
4.3.2ヘアピンアプタマーとDNAバインダーによる"電荷フリー"なFET検出法
4.3.3動的界面を利用した"デバイ長フリー"なFET検出法
4.3.4糖鎖シアル酸認識FETの構築と診断デバイスとしての応用
4.4バイオセンサの将来展望
5Nanotechnology for Biomass based-fuel cells  Le Quynh Hoa、民谷栄一
5.1Introduction
5.1.1Nanotechnology and its applications in fuel cells
5.1.2Biomass derived-biofuels for fuel cells
5.2Biomass based-fuel cells
5.2.1A novel compact single chamber Biohydrogen fuel cell
5.2.2Functionalized carbon nanotubes supporting matrices for Direct ethanol fuel cells
5.3Summary and future directions

【第2編 応用技術】

第5章細胞チップ分析による生体材料スクリーニング  加藤功一
1はじめに
2合成高分子のスクリーニング
3細胞外マトリックスのスクリーニング
4増殖因子のスクリーニング
5おわりに
第6章配列化陽極酸化アルミニウム基板を用いる局在プラズモンセンサ  納谷昌之
1はじめに
2局在プラズモンバイオセンサ
2.1局在プラズモンセンサ
2.2配列化ポーラスアルミナ基板
3吸収型局在プラズモンセンサ
4表面増強ラマン散乱センサ
4.1表面増強ラマン散乱センサ
4.2金ナノマッシュルームアレイ
4.3特性
4.4バイオサンプルの測定
5まとめ
第7章イムノクロマト診断薬の高感度化、金ナノ粒子側からのアプローチ  岡本浩治、岩本久彦、榊原雄広、芝井勇亮
1背景
2イムノクロマト診断薬の抱えている課題
2.1捨てていた抗体
2.2高感度化のニーズ
3高感度化の手法、金ナノ粒子側からのアプローチ
3.1抗体探索技術
3.2金ナノ粒子技術
3.3貴金属表面加工技術、抗体をつける技術
3.4非特異反応抑制技術
4応用例の紹介
4.1高病原性鳥インフルエンザウイルス検出試薬の開発
4.2前立腺がんの早期発見に期待
4.3食品中の豚肉を高感度で検出
5結語
第8章生物テロセンシング  永井秀典
1過去の生物テロ事案
2生物剤の種類
2.1リシン
2.2ボツリヌス毒素
2.3炭疽菌
3BioWatchプログラムにおける取り組み
4個々の生物剤に対する検知法
4.1リガンドとして糖鎖を用いた生物毒素の検知
4.2リアルタイムPCR法を用いた炭疽菌の検知
5今後の課題と展望
第9章無意識生体モニタリングのためのウエアラブル化学センサと生化学式匂いセンサ  三林浩二
1はじめに
2柔軟性に優れたコンタクトレンズ型センサによる血糖評価の可能性
2.1高分子材料とMEMS技術を用いたコンタクトレンズ型バイオセンサ
2.2コンタクトレンズ型センサによるin situ涙液グルコース計測
3高感度・高選択性を有する生化学式ガスセンサ(バイオスニファ)
3.1UV-LED光源を用いたホルムアルデヒドガス用蛍光バイオスニファ
3.2エタノールガス用可視化スニファと飲酒後呼気の可視化計測
4おわりに
第10章フォトニック心筋細胞デバイス  山口佳則
1はじめに
2心筋細胞の拍動解析方法
3画像分析による心筋細胞の拍動解析
4薬物投与による心筋拍動の画像解析による定量
5まとめ
第11章表面プラズモン共鳴法によるナノ領域測定と簡便な生体分子センサー  岩崎 弦
1はじめに
2生体分子の簡単測定
3SPRの原理とメリット
4SPR法とマイクロ流路の融合による抗原の迅速・簡便測定
5まとめ
第12章微小流体デバイスを用いた生体材料の分離・検出  高村 禅
1はじめに
2微小間隙チップを用いた母体血中の有核赤血球の分離
31細胞向けn×m DNA解析アレイチップ
第13章ナノ分子デザインによるアスベストバイオプローブの作成  黒田章夫、石田丈典
1はじめに
2アスベストとは
3アスベストの分析方法
4アスベスト結合タンパク質
5アスベスト結合タンパク質を利用した検出法
6蛍光タンパク質と蛍光顕微鏡による大気中アスベスト検出
7ナノ分子デザインのよるアスベストバイオプローブの改良
8公定法化へ向けた戦略
第14章マイクロ流体デバイスのバイオ計測への応用  竹山春子、モリテツシ、庄子習一
1はじめに
2マイクロ流体デバイスを用いたマイクロドロップレット作成
2.1並列分割型マイクロ流体デバイスを用いたマイクロドロップレット作成
2.2ドロップレット―マイクロ流体デバイスの生体分子解析への応用
3DNA分子のデジタル計測・定量技術
4統合検出システムの開発
5おわりに



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