| Ⅰ 総論 |
| 第1章 ナノテクノロジー・バイオMEMSがもたらす分離・計測技術革命(馬場嘉信) |
| 1 はじめに 3 |
| 2 分離・計測の基盤・要素技術 3 |
| 3 分離・計測技術の応用・開発 8 |
| 4 おわりに 11 |
| Ⅱ基礎・要素技術 |
| 第1章 バイオ分離・計測のための基盤技術 |
| 1 集積化分析チップの作製技術(田畑修) 15 |
| 1.1 はじめに 15 |
| 1.2 微細加工法の分類 15 |
| 1.2.1 材料の基本加工 15 |
| 1.2.2 加工の微細度と精度 16 |
| 1.2.3 加工エネルギー 16 |
| 1.2.4 基板材料の選択と微細加工コスト 17 |
| 1.3 微細加工法 18 |
| 1.3.1 パターニング 18 |
| 1.3.2 エッチング 21 |
| 1.3.3 基本プロセス 22 |
| 1.4 おわりに 24 |
| 2 マイクロ流体制御素子(庄子習一) 26 |
| 2.1 はじめに 26 |
| 2.2 マイクロフルィディスク 26 |
| 2.3 マイクロポンプ 27 |
| 2.4 マイクロバルブ 27 |
| 2.5 ミクサ・リアクタ 28 |
| 2.6 サンプルインジェクタ 30 |
| 2.7 細胞・生体分子ソータ 31 |
| 2.8 おわりに 32 |
| 3 バイオ分離・計測のためのMEMS(藤田博之,久米村百子,榊直由) 34 |
| 3.1 MEMSナノ加工とその応用 34 |
| 3.1.1 ミクロの世界の機械 34 |
| 3.1.2 MEMS 34 |
| 3.1.3 MEMSの特長 36 |
| 3.1.4 MEMSのバイオ化学応用 38 |
| 3.2 MEMSナノピンセットによるDNA分子捕獲と操作 39 |
| 3.3 fL容器によるF₁-ATPase単分子計測 40 |
| 3.3.1 F₁-ATPaseとは 40 |
| 3.3.2 触媒反応効率の測定 40 |
| 3.3.3 fL容器を使った単分子計測について 43 |
| 第2章 バイオ分離の要素技術 |
| 1 チップ電気泳動(箕浦加穂) 45 |
| 1.1 はじめに 45 |
| 1.2 チップ電気泳動の歴史的背景 45 |
| 1.3 チップ電気泳動の原理 46 |
| 1.4 チップ電気泳動の応用 48 |
| 1.5 DNAの分析 48 |
| 1.6 RNAの分析例 51 |
| 1.7 タンパク質の分析例 53 |
| 1.8 その他の応用例 54 |
| 1.9 全自動ハイスループット化 55 |
| 1.10 おわりに 56 |
| 2 チップクロマトグラフィー(北川文彦,大塚浩二) 58 |
| 2.1 はじめに 58 |
| 2.2 MC-EKC 59 |
| 2.2.1 MC-MEKC 60 |
| 2.2.2 MC-CDEKC 61 |
| 2.2.3 スウィーピングによるオンライン試料濃縮 62 |
| 2.3 MC‐EC 63 |
| 2.3.1 中空流路型MC-EC 64 |
| 2.3.2 充填型固定相を用いたMC-EC 64 |
| 2.3.3 モノリス型固定相を用いたMC-EC 65 |
| 2.3.4 微細加工による構造物を利用したMC-EC 66 |
| 2.4 MC-LC 68 |
| 2.4.1 ナノLCチップの構造 68 |
| 2.4.2 ナノLCチップにおけるペプチドの分離 69 |
| 2.5 マイクロチップガスクロマトグラフィー(MC-GC) 70 |
| 2.6 チップクロマトグラフィー技術の展望 71 |
| 3 チップ多相流分離(舘知也) 74 |
| 3.1 はじめに 74 |
| 3.2 マイクロ空間およびマイクロ多相流の特徴 74 |
| 3.3 マイクロ多相流の形成 76 |
| 3.4 マイクロ多相流を利用した分離・分析例 78 |
| 3.5 おわりに 81 |
| 4 チップ遠心分離(小野島大介) 82 |
| 4.1 はじめに 82 |
| 4.2 チップ遠心法の技術 83 |
| 4.2.1 遠心力ポンプとキャピラリーバルブ 83 |
| 4.2.2 サイホン効果と定量分注 85 |
| 4.3 遠心分析チップを利用した計測 87 |
| 4.4 おわりに 88 |
| 5 ナノ分離技術(加地範匡,馬場嘉信) 90 |
| 5.1 はじめに 90 |
| 5.2 バイオとナノテクノロジーのサイズ領域 90 |
| 5.3 エントロピー障壁を利用したDNA分離法 91 |
| 5.4 ナノチャネル内への閉じ込めによるDNAの伸張 94 |
| 5.5 ナノピラーを用いたDNA分離法 96 |
| 5.6 ナノ粒子を用いたDNA分離 97 |
| 5.7 超常磁性ナノ粒子を用いたDNA分離 98 |
| 5.8 おわりに 99 |
| 第3章 バイオ計測の要素技術 |
| 1 マイクロ蛍光計測(馬場嘉信) 101 |
| 1.1 はじめに 101 |
| 1.2 蛍光の基本原理 101 |
| 1.3 マイクロ蛍光計測システム 104 |
| 1.4 1分子・単一細胞蛍光計測システム 108 |
| 1.5 おわりに 112 |
| 2 マイクロ光熱変換計測(長田英也,田淵眞理,平野研) 113 |
| 2.1 はじめに 113 |
| 2.2 分光法 113 |
| 2.3 光の吸収と放出 117 |
| 2.4 光熱変換計測 118 |
| 2.5 熱レンズ分光法 120 |
| 2.6 マイクロ分析へ 121 |
| 2.7 おわりに 124 |
| 3 マイクロ電気化学計測(末永智一) 127 |
| 3.1 はじめに 127 |
| 3.2 ディスク型マイクロ電極 128 |
| 3.2.1 ディスク型マイクロ電極の特徴 128 |
| 3.2.2 微小ディスクアレイ電極の挙動 129 |
| 3.2.3 ディスク型マイクロ電極を用いた局所反応の評価 130 |
| 3.3 交互くし型マイクロ電極 131 |
| 3.3.1 交互くし型マイクロ電極の特徴 131 |
| 3.3.2 フロー系での電極応答 132 |
| 3.3.3 修飾交互くし型電極 132 |
| 3.4 走査型電気化学顕微鏡(SECM) 133 |
| 3.4.1 SECMの特長 133 |
| 3.4.2 SECMを用いた生体材料の機能評価 134 |
| 4 質量分析とマイクロ分離(中村伸) 137 |
| 4.1 はじめに 137 |
| 4.2 マイクロ分離デバイスとESI-MS 138 |
| 4.2.1 ダイレクトエミッタ法 138 |
| 4.2.2 キャピラリーエミッタ法 139 |
| 4.2.3 ESIチップ 141 |
| 4.3 マイクロ分離デバイスとMALDI-MS 142 |
| 4.3.1 MALDI-MSプレートへのフラクション法 142 |
| 4.3.2 MS前処理機能チップ法 143 |
| 4.4 機能を集積したマイクロ分離デバイスとMS 143 |
| 4.4.1 ビーズ充填型機能集積デバイス 143 |
| 4.4.2 機能性ポリマー充填型デバイス 144 |
| 4.4.3 HPLCデバイス 144 |
| 4.5 新しいコンセプトを取り入れたマイクロ分離とMS 145 |
| 4.5.1 CDデバイス技術 145 |
| 4.5.2 ケミカルプリンティング法 146 |
| 5 表面プラズモン共鳴計測(栗原一嘉) 149 |
| 5.1 はじめに 149 |
| 5.2 原理と概念 150 |
| 5.3 生体高分子間相互作用の速度論解析 153 |
| 5.4 金属薄膜 155 |
| 5.5 最近の新しい展開 157 |
| 5.6 おわりに 158 |
| Ⅲ 応用・開発 |
| 第1章 バイオ応用 |
| 1 ゲノム解析(中西博昭) 163 |
| 1.1 はじめに 163 |
| 1.2 DNAシークエンス 163 |
| 1.3 ゲノム解析の新技術 165 |
| 1.3.1 マイクロチップ電気泳動装置 165 |
| 1.3.2 DNAチップ 167 |
| 1.3.3 革新的シークエンシング技術 168 |
| 1.4 おわりに 171 |
| 2 プロテオーム(村上裕二,鄭基晩,日笠雅史) 173 |
| 2.1 はじめに 173 |
| 2.2 臨床プロテオーム解析 174 |
| 2.3 微小デバイスによるプロテオーム解析支援 176 |
| 2.4 ポストプロテオーム解析を見据えた微小デバイス開発 178 |
| 2.5 マイクロチップ電気泳動 179 |
| 2.6 前処理・試料濃縮 181 |
| 2.7 おわりに 184 |
| 3 細胞内ネットワーク解析(片山佳樹) 187 |
| 3.1 はじめに 187 |
| 3.2 2次元電気泳動とネットワーク解析 187 |
| 3.2.1 2次元電気泳動によるシグナルネットワークの帰属法 187 |
| 3.2.2 タンパクの存在パターンによる解析 189 |
| 3.2.3 2次元電気泳動を用いるその他のアプローチ 189 |
| 3.2.4 2次元電気泳動の利点と問題点 190 |
| 3.3 ネットワーク解析のための細胞アレイ 191 |
| 3.4 ネットワーク解析のためのプロテインアレイ 192 |
| 3.5 細胞内シグナルの網羅的解析用ペプチドアレイ 194 |
| 3.6 おわりに 195 |
| 4 グライコーム解析(掛樋一晃,木下充弘) 197 |
| 4.1 はじめに 197 |
| 4.2 グライコーム解析 197 |
| 4.2.1 グライコーム解析の必要性 197 |
| 4.2.2 グライコーム解析の難しさ 198 |
| 4.2.3 グライコーム解析を目指す糖鎖分析法 198 |
| 4.3 キャピラリー電気泳動によるグライコーム解析へのアプローチ 198 |
| 4.3.1 キャピラリー電気泳動による複合糖質の高分解能分離 198 |
| 4.3.2 血清糖タンパク質のグライコーム解析 200 |
| 4.3.3 キャピラリー電気泳動による糖鎖の高速プロファイリング 202 |
| 4.4 マイクロチップ電気泳動による糖鎖分析 205 |
| 4.5 おわりに 207 |
| 5 マイクロチップ上での細胞解析(関実) 209 |
| 5.1 マイクロチップ上での細胞操作と細胞解析 209 |
| 5.2 マイクロアレイを用いた細胞操作と細胞解析 210 |
| 5.2.1 細胞と材料の相互作用を利用して構築する細胞マイクロアレイ 210 |
| 5.2.2 マイクロ流路構造を利用して構築する細胞マイクロアレイ 211 |
| 5.2.3 電磁場などの外力を利用して構築する細胞マイクロアレイ 211 |
| 5.3 マイクロフローサイトメーター 212 |
| 5.3.1 細胞の整列と計測 212 |
| 5.3.2 細胞の分取 213 |
| 5.4 新しい原理に基づく細胞の分離と濃縮 213 |
| 5.4.1 PFF法による細胞分級 213 |
| 5.4.2 PFF法の分級精度の向上 214 |
| 5.4.3 細胞の濃縮と分級 215 |
| 5.5 おわりに 216 |
| 第2章 医療・診断,環境応用 |
| 1 血球・血漿分離チップ(小川洋輝,長井政雄,堀池靖浩) 219 |
| 1.1 はじめに 219 |
| 1.2 無痛針の作製と電子採血 220 |
| 1.3 バイオセンサ 223 |
| 1.4 チップ構造 226 |
| 1.5 ヘルスケアチップ計測の動作 226 |
| 1.6 おわりに 228 |
| 2 遺伝子診断チップ(前田瑞夫,伊藤寿之) 230 |
| 2.1 はじめに 230 |
| 2.2 遺伝子診断 231 |
| 2.3 流路型マイクロチップによる遺伝子診断 232 |
| 2.4 ナノテクノロジーの利用 235 |
| 2.5 アフィニティーマイクロチップ電気泳動法 235 |
| 2.6 自律型マイクロチップの適用 236 |
| 2.7 おわりに 239 |
| 3 高感度キャピラリー電気泳動イムノアッセイマイクロチップの開発(黒澤竜雄,里村慎二) 241 |
| 3.1 はじめに 241 |
| 3.2 キャピラリー電気泳動 243 |
| 3.3 DNA標識抗体 243 |
| 3.4 検体濃縮 245 |
| 3.5 高感度キャピラリー電気泳動イムノアッセイマイクロチップ 246 |
| 3.6 おわりに 247 |
| 4 ストレス診断チップ(田渕眞理,長田英也) 250 |
| 4.1 はじめに～ストレス診断チップの意義～ 250 |
| 4.2 なぜ医療・診断応用にナノテクノロジーは必要か? 251 |
| 4.3 タンパク質の高速解析技術の開発 252 |
| 4.4 ナノ粒子を用いた分離技術の開発 253 |
| 4.5 細胞からタンパク質分離まで ～ストレス評価のオンラインシステムズの開発～ 254 |
| 4.6 ストレス診断チップの実用化 257 |
| 4.7 おわりに 257 |
| 5 環境分析チップ(伊永隆史,正木浩幸) 259 |
| 5.1 はじめに 259 |
| 5.2 マイクロチップの微細加工技術と実験時の安全対策 261 |
| 5.3 微量大気ガス捕集前処理マイクロチップの開発 264 |
| 5.4 固液抽出前処理機能マイクロチップの開発 265 |
| 5.5 液液抽出前処理機能マイクロチップの開発 267 |
| 5.6 濃縮前処理機能マイクロチップの開発 268 |
| 5.7 おわりに 270 |
| 第3章 次世代技術 |
| 1 再生医療デバイス(大和雅之) 273 |
| 1.1 はじめに 273 |
| 1.2 第一世代型組織工学 273 |
| 1.3 細胞シート工学 275 |
| 1.4 細胞シート工学による再生医療 277 |
| 1.5 将来技術 280 |
| 1.6 おわりに 281 |
| 2 細胞研究用および医療診断用チップ(成瀬恵治) 284 |
| 2.1 はじめに 284 |
| 2.2 ソフトリソグラフィーとバイオの話 284 |
| 2.2.1 ソフトリソグラフィーとは 284 |
| 2.2.2 ストレッチと機械受容チャネル 285 |
| 2.2.3 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) 288 |
| 2.2.4 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 289 |
| 2.3 ソフトリソグラフィーを医学・医療に応用 291 |
| 2.3.1 再生医療 291 |
| 2.3.2 不妊症 292 |
| 2.4 おわりに 296 |
| 3 携帯型高感度計測(服部明彦) 298 |
| 3.1 はじめに 298 |
| 3.2 熱レンズ分光分析法 298 |
| 3.3 携帯型マイクロ化学チップ用熱レンズ検出器 301 |
| 3.4 おわりに 306 |
| 4 ナノ免疫アッセイチップ(桑原孝介,宮内昭浩) 307 |
| 5 ナノバイオチップ(川浦久雄) 314 |
| 5.1 人工ナノ構造による生体分子のサイズ分離 314 |
| 5.1.1 篩型分離 314 |
| 5.1.2 サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)分離 316 |
| 5.1.3 エントロピー勾配による反発力を利用したサイズ分離 317 |
| 5.2 一次元ナノチャネルを利用したDNA分子の伸張 319 |
| 5.3 ナノポアを用いたDNAシーケンシング 320 |
| 5.4 おわりに 321 |
| Ⅰ 総論 |
| 第1章 ナノテクノロジー・バイオMEMSがもたらす分離・計測技術革命(馬場嘉信) |
| 1 はじめに 3 |
| 2 分離・計測の基盤・要素技術 3 |
| 3 分離・計測技術の応用・開発 8 |
| 4 おわりに 11 |
