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。
目次
【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
2.2 FG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
1.3.1 MAC-CCD system:細胞内Ca2+濃度を測定する方法
1.3.2 ISAAC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
6.1 DNA-PEG脂質の細胞表面修飾
6.1.1 PEG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
5 Nanotechnology for Biomass based-fuel cells Le Quynh Hoa,民谷栄一
5.1 Introduction
5.1.1 Nanotechnology and its applications in fuel cells
5.1.2 Biomass derived-biofuels for fuel cells
5.2 Biomass based-fuel cells
5.2.1 A novel compact single chamber Biohydrogen fuel cell
5.2.2 Functionalized carbon nanotubes supporting matrices for Direct ethanol fuel cells
5.3 Summary 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
3 BioWatch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)
3.1 UV-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
3 SPRの原理とメリット
4 SPR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
3 1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
3 DNA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
