| 第I編 基礎編 |
| 第1章 磁性ビーズの特長と作製法の原理概説 阿部正紀 |
| 1. はじめに 3 |
| 2. 磁性ビーズの特長・利点 3 |
| 3. 磁性ビーズの作製法とFeの重要性 5 |
| 3.1 化学的合成法の利点 5 |
| 3.2 Feを含む磁性ビーズの重要性 5 |
| 3.3 Feを含む磁性ビーズの化学的合成の原理 6 |
| 4. まとめ 7 |
| 第2章 医用磁性ビーズの開発動向 松下伸広 |
| 1. はじめに 9 |
| 2. 市販の医用磁性ビーズ 10 |
| 3. 大学・研究機関における磁性ビーズの開発 11 |
| 3.1 フェライト粒子とビーズへの応用 11 |
| 3.2 金属微粒子の合成とビーズへの応用 14 |
| 4. 今後の展望 15 |
| 第3章 フェライト微粒子の合成と用途 堀石七生 |
| 1. はじめに 18 |
| 2. 合成方法 18 |
| 2.1 乾式法 18 |
| 2.2 湿式法 19 |
| 2.2.1 共沈法 20 |
| 2.2.2 中和酸化法 20 |
| 2.2.3 ヘマタイト転換法 23 |
| 2.2.4 コバルト被着反応 24 |
| 2.2.5 その他の水溶液中合成法 25 |
| 3. 磁性と用途 25 |
| 3.1 微粒子磁性 25 |
| 3.2 用途 25 |
| 4. おわりに 26 |
| 第4章 金属磁性ナノ粒子の作製－液相合成法－ 山室佐益,隅山兼治 |
| 1. はじめに 28 |
| 2. 磁性金属ナノ粒子合成の研究開発動向 29 |
| 2.1 磁性金属ナノ粒子合成の問題点 29 |
| 2.2 粒子サイズの単分散化 30 |
| 3. サイズおよび形状を制御したFeナノ粒子の合成 31 |
| 3.1 Feナノ粒子の合成方法 31 |
| 3.2 単分散Feナノ粒子の合成と平均サイズ制御 33 |
| 3.3 立方形状Feナノ粒子の合成 35 |
| 4. 今後の課題 36 |
| 第Ⅱ編 応用編 |
| 第1章 バイオサイエンスへの応用技術 |
| 1. 磁気マーカー技術 田中三郎 41 |
| 1.1 センチネルリンパ節生検への応用 41 |
| 1.2 高温超伝導SQUID磁気センサ 42 |
| 1.3 リンパ節生検用の実験装置 43 |
| 1.4 基礎実験の実験結果 44 |
| 1.5 動物実験の実験結果 44 |
| 1.6 まとめ 45 |
| 2. 高分子微粒子を用いた遺伝子診断システムの構築 川口春馬,大場慎介 47 |
| 2.1 遺伝子診断技術の流れ 47 |
| 2.2 高分子微粒子を用いる診断 48 |
| 2.3 MutSとアントラキノンを担持する微粒子の構築 48 |
| 2.4 担体高分子微粒子の調製 49 |
| 2.5 複合化を目指してのMutSとAQの改質 51 |
| 2.6 AQ-MutSハイブリッドの調製と粒子への固定化 51 |
| 2.7 MutSのSG粒子への固定によるアフィニティラテックスの調製 51 |
| 2.8 粒子上のMutSへのAQの結合 52 |
| 2.9 AQ-MutS-SG粒子を用いた遺伝子診断システム 53 |
| 2.10 結論 54 |
| 3. 細胞の培養・分離技術 弓削 類 56 |
| 3.1 はじめに 56 |
| 3.2 磁性ビーズを使った細胞伸展システム 56 |
| 3.3 磁場を使った筋芽細胞伸展実験 57 |
| 3.3.1 細胞伸展による筋芽細胞の形態的変化 58 |
| 3.3.2 細胞伸展による筋の分化マーカーの変化 59 |
| 3.4 磁場を使った骨芽細胞伸展実験 60 |
| 3.4.1 細胞伸展による骨芽細胞の形態的変化 60 |
| 3.4.2 細胞伸展による骨の分化マーカーの変化 61 |
| 3.5 磁性ビーズによる細胞の選別 62 |
| 3.6 おわりに 63 |
| 4. 再生医療への応用技術 井藤 彰,本多裕之 64 |
| 4.1 はじめに 64 |
| 4.2 機能性磁性微粒子 65 |
| 4.3 AMLを用いたMSCの分離・濃縮培養法 66 |
| 4.4 MCLを用いた表皮細胞シートの構築 68 |
| 4.5 Mag-TEによる網膜色素上皮組織の構築と移殖 69 |
| 4.6 MCLを用いた肝臓様組織の構築 71 |
| 4.7 MCLを用いた管状組織の構築 72 |
| 4.8 おわりに 73 |
| 5. バクテリアの合成するナノ磁性ビーズの応用技術 松永 是,鈴木健之,新垣篤史 75 |
| 5.1 はじめに 75 |
| 5.2 バクテリアの合成する磁性ビーズ 75 |
| 5.3 磁性細菌粒子生成機構の解析 76 |
| 5.3.1 磁性細菌の全ゲノム解析 76 |
| 5.3.2 磁性細菌粒子膜タンパク質のプロテオーム解析 77 |
| 5.3.3 磁性細菌のトランスクリプトーム解析 77 |
| 5.3.4 磁性細菌粒子の生成機構 78 |
| 5.4 機能性磁性細菌粒子の開発と応用 79 |
| 5.4.1 磁性細菌粒子表面への分子構築 80 |
| 5.4.2 磁性細菌粒子表面へのタンパク質のアセンブリング技術 80 |
| 5.4.3 自動化技術の開発 82 |
| 5.4.4 磁気プローブ 83 |
| 5.5 おわりに 83 |
| 第2章 医療への応用技術 |
| 1. 磁気ハイパーサーミア 小林 猛 85 |
| 1.1 はじめに 85 |
| 1.2 マグネタイト微粒子を用いた加温素材の開発 87 |
| 1.3 マグネタイト微粒子を用いたガンの温熱免疫療法 88 |
| 1.4 ハイパーサーミアとガン免疫における熱ショックタンパク質の役割 90 |
| 1.5 ハイパーサーミアによるガン細胞特有の免疫活性の向上メカニズム 92 |
| 1.6 おわりに 95 |
| 2. 磁性微粒子を用いたMRI技術 谷本伸弘 97 |
| 2.1 はじめに 97 |
| 2.2 超常磁性酸化鉄製剤SPIOの現状 97 |
| 2.2.1 肝特異性造影剤としての応用 97 |
| 2.2.2 リンパ節造影剤としての応用 101 |
| 2.2.3 血液プール造影剤としての応用 102 |
| 2.2.4 動脈壁Plaque imagingへの応用 102 |
| 2.2.5 molecular imaging 102 |
| 2.2.6 再生医療への応用 103 |
| 2.3 今後の展望 103 |
| 3. 薬剤の磁気輸送(DDS)技術 西嶋茂宏 105 |
| 3.1 はじめに 105 |
| 3.2 DDSシステム 105 |
| 3.2.1 薬物誘導システムの概念 105 |
| 3.2.2 磁動システムの設計 106 |
| 3.2.3 磁性微粒子誘導試験 107 |
| 3.2.4 超伝導磁石の導入 109 |
| 3.3 まとめ 110 |
| 4. 熱応答性磁性ナノ粒子の応用技術 大西徳幸,近藤昭彦 111 |
| 4.1 微粒子 111 |
| 4.1.1 微粒子のバイオ領域での応用 111 |
| 4.1.2 ナノ粒子の新しい展開 111 |
| 4.1.3 磁性ナノ粒子への期待 112 |
| 4.2 熱応答性磁性ナノ粒子の開発 112 |
| 4.2.1 刺激応答性材料-磁性材料-バイオ分子の融合 112 |
| 4.2.2 刺激応答性高分子とは 113 |
| 4.2.3 下限臨界溶液温度を持つ熱応答性高分子 113 |
| 4.2.4 上限臨界溶液温度を持つ熱応答性高分子 114 |
| 4.2.5 熱応答性磁性ナノ粒子 115 |
| 4.3 熱応答性磁性ナノ粒子のバイオ領域への展開例 116 |
| 4.3.1 バイオ分離への応用 116 |
| 4.3.2 酵素固定化への応用 117 |
| 4.3.3 細胞分離・アッセイへの応用 117 |
| 4.3.4 医療分野への応用 118 |
| 4.4 将来展望 118 |
| 第3章 バイオセンシングへの応用技術 |
| 1. スピンバルブ・GMRセンシング技術 野田紘憙 120 |
| 1.1 はじめに 120 |
| 1.2 スピンバルブ・GMRセンサ 120 |
| 1.2.1 磁気抵抗効果 120 |
| 1.2.2 磁気的免疫検査法 122 |
| 1.3 バイオセンシングへの応用 123 |
| 1.3.1 磁性微粒子・磁性ビーズ 123 |
| 1.3.2 GMRバイオセンサ 124 |
| 1.3.3 64アレイ化GMRチップ 125 |
| 1.3.4 GMRセンサシステムに組み込むマイクロ流路技術 126 |
| 1.3.5 生体分子検出への応用 126 |
| 1.3.6 ドラッグデリバリーシステムへの応用 126 |
| 1.3.7 MTJバイオセンサ 127 |
| 1.3.8 今後のバイオセンサ 127 |
| 1.4 おわりに 128 |
| 2. ホール素子を用いた生理活性物質検出 サンドゥー アダルシュ 130 |
| 2.1 はじめに 130 |
| 2.2 ホールセンサーと磁性微粒子検出 130 |
| 2.2.1 Free Standingホールセンサー 130 |
| 2.2.2 磁性微粒子検出 132 |
| 2.3 生理活性物質検出 133 |
| 2.4 展望 134 |
| 3. CMOSセンシング技術 福本博文 136 |
| 3.1 はじめに 136 |
| 3.2 磁気ビーズによるバイオセンシング 136 |
| 3.3 CMOSセンサによる磁気ビーズのセンシング 137 |
| 3.4 測定原理 139 |
| 3.5 測定システム 141 |
| 3.6 CMOSセンサによるイムノアッセイ 142 |
| 3.7 おわりに 143 |
| 第4章 磁気分離法のバイオ応用技術 |
| 1. 創薬を指向したバイオスクリーニング技術の開発 西尾広介,坂本 聡,宇賀 均,倉森見典,半田 宏 144 |
| 1.1 はじめに 144 |
| 1.2 アフィニティークロマトグラフィー法 145 |
| 1.3 ナノ磁性アフィニティー粒子の開発 147 |
| 1.4 FGビーズの性能評価 150 |
| 1.5 FGビーズを利用した薬剤設計と今後の展開 152 |
| 2. 磁性ビーズによる核酸抽出の自動化ならびにその献血スクリーニングへの応用 富樫謙一,坂倉康彦,八幡英夫,玉造 滋 154 |
| 2.1 はじめに 154 |
| 2.2 献血血液の実際 155 |
| 2.3 磁性ビーズによる核酸抽出・精製 156 |
| 2.4 リアルタイムTaqManPCR 157 |
| 2.5 内部標準・IC 159 |
| 2.6 Multiplex検出 160 |
| 2.7 実際のNAT検査の成績 160 |
| 2.8 海外におけるNAT検査 161 |
| 2.9 磁性ビーズを選択するに当たって 161 |
| 2.10 血液スクリーニングの今後 162 |
| 3. DNA/RNA抽出とタンパク質精製技術 本間直幸 164 |
| 3.1 はじめに 164 |
| 3.2 DNA/RNA抽出への応用 164 |
| 3.2.1 磁性粒子を用いた核酸精製 164 |
| 3.2.2 ストレプトアビジンコート磁性粒子 168 |
| 3.3 タンパク質精製への応用 169 |
| 3.3.1 Hisタグ,GSTタグ融合タンパク質の精製 199 |
| 3.3.2 大腸菌以外のサンプルからのHisタグ融合タンパク質の精製 172 |
| 3.3.3 Ni2+へのヘモグロビンの非特異的結合の回避 172 |
| 3.4 おわりに 173 |
| 4. バイオ反応・測定のシステム化技術 澤上一美,田島秀二 175 |
| 4.1 はじめに 175 |
| 4.2 磁性ビーズとMagtration?Technology 175 |
| 4.3 バイオ・環境分野で求められる自動システム 176 |
| 4.3.1 手作業の自動化 177 |
| 4.3.2 ハイスループット化 177 |
| 4.3.3 既存測定技術との組み合わせ 178 |
| 4.3.4 独自技術:完全自動化専用システム 178 |
| 4.4 おわりに 181 |
| 第5章 磁気分離法の環境応用技術 |
| 1. 排水高度処理技術 玉浦 裕 183 |
| 1.1 はじめに 183 |
| 1.2 湖沼の環境基準達成状況 183 |
| 1.3 超伝導磁石の超強磁場下でのリン酸イオンの磁気分離 184 |
| 1.4 無機系吸着剤へのmagnetic seeding法 187 |
| 1.5 常磁性粒子の超伝導磁石での磁気分離 187 |
| 1.6 超強磁場の永久磁石による磁気分離 189 |
| 2. 環境汚染物質除去技術 岡田秀彦 191 |
| 2.1 はじめに 191 |
| 2.2 磁気分離の方法 192 |
| 2.2.1 開放勾配型磁気分離 192 |
| 2.2.2 高勾配磁気分離 192 |
| 2.3 応用例 193 |
| 2.3.1 地熱水からのヒ素除去 193 |
| 2.3.2 製紙排水のリサイクル 195 |
| 2.3.3 環境ホルモン等の化学物質の除去・濃縮 197 |
| 3. 磁化活性汚泥法による水質浄化技術 酒井保藏 200 |
| 3.1 活性汚泥法 200 |
| 3.2 活性汚泥法の問題点 201 |
| 3.2.1 余剰汚泥の発生 201 |
| 3.2.2 固液分離の難しさ,バルキング現象 201 |
| 3.3 磁化活性汚泥法による活性汚泥法の問題解決 202 |
| 3.4 活性汚泥の磁気分離特性 203 |
| 3.5 磁気分離装置 204 |
| 3.6 磁化活性汚泥法による余剰汚泥ゼロエミッション水処理の実現 205 |
| 3.7 磁化活性汚泥法の処理フロー 206 |
| 3.8 物理化学的水処理法との比較 206 |
| 3.9 磁化活性汚泥法研究の最先端 207 |
| 3.9.1 磁化活性汚泥法研究の広がり 207 |
| 3.9.2 磁化活性汚泥法の高度処理への試み 208 |
| 3.9.3 様々な排水処理への適用 208 |
| 4. 高勾配磁気分離および電気化学反応を活用した水質浄化技術 井原一高,渡辺恒雄 209 |
| 4.1 はじめに 209 |
| 4.2 電解凝集と高勾配磁気分離による廃水処理 209 |
| 4.2.1 高勾配磁気分離と磁性付与 209 |
| 4.2.2 磁性付与法としての鉄電解 210 |
| 4.3 電解酸化法 210 |
| 4.4 鉄電解,磁気分離,電解酸化を組み合わせた廃水処理 210 |
| 4.4.1 装置の概要および実験方法 211 |
| 4.4.2 実験結果 212 |
| 4.5 まとめ 213 |
| 5. 超伝導マグネットを用いた環境技術 福井 聡 214 |
| 5.1 はじめに 214 |
| 5.2 磁気分離装置の超伝導化 215 |
| 5.3 地熱水中の砒素除去システム 217 |
| 5.4 製紙工場からの廃水処理システム 218 |
| 5.5 バルク超伝導体を用いた下水浄化システム 219 |
| 5.6 湖沼水中のアオコ除去システム 221 |
| 第6章 MEMS応用技術 |
| 1. マイクロ・セルソーティング技術 笠木伸英,鈴木雄二,三輪潤一 224 |
| 1.1 幹細胞を用いた再生医療 224 |
| 1.2 細胞分離法 225 |
| 1.3 免疫磁気細胞分離法 226 |
| 1.4 マイクロ免疫磁気細胞分離システム 227 |
| 1.5 マイクロスケールにおける混合 228 |
| 1.6 アクティブ・マイクロ混合器 229 |
| 1.7 パッシブ・マイクロ混合器 230 |
| 1.8 結論および今後の展開 232 |
| 2. 磁性微粒子操作による小型分析技術 式田光宏 235 |
| 2.1 分析システムの小型化 235 |
| 2.2 磁性微粒子操作とそれを用いた分析システム 236 |
| 2.2.1 動作原理 236 |
| 2.2.2 磁気力による微粒子の抽出および融合操作 237 |
| 2.2.3 磁性微粒子操作技術による生化学反応 240 |
| 2.3 今後の展開 245 |
| 3. マイクロマシンのバイオ・化学への応用 藤田博之 246 |
| 3.1 はじめに 246 |
| 3.2 ナノ・マイクロナノマシンの製作法 246 |
| 3.2.1 MEMSの作り方 246 |
| 3.2.2 マイクロアクチュエータ 247 |
| 3.2.3 集積化システム 247 |
| 3.3 MEMS技術実用化の進展 248 |
| 3.3.1 光学応用 248 |
| 3.3.2 情報機器 248 |
| 3.3.3 マイクロ・ナノ化学システムとナノバイオ技術応用 249 |
| 3.3.4 ナノテクノロジー応用 250 |
| 3.4 細胞操作用マイクロマシン 250 |
| 3.5 分子ピンセット 250 |
| 3.6 MEMS技術による生体分子モータの1分子解析 251 |
| 3.7 生体分子モータによる人工物の搬送システム 253 |
| 第Ⅲ編 関連技術と技術動向 |
| 第1章 磁性粒子・流体の調製と医療応用 バラチャンドラン ジャヤデワン |
| 1. はじめに 259 |
| 2. 磁性ナノ粒子の合成 260 |
| 2.1 共沈法 260 |
| 2.2 ゾルゲル法 260 |
| 2.3 ミセル法 261 |
| 2.4 熱分解法 262 |
| 2.5 ホウ化水素還元法 262 |
| 2.6 ポリオール法 262 |
| 3. 磁性流体の分散性 263 |
| 3.1 理論 263 |
| 3.2 分散機構 266 |
| 4. 磁性流体作製 266 |
| 4.1 酸化物磁性流体 267 |
| 4.1.1 界面活性剤吸着による立体障害をベースとした磁性流体の作製 267 |
| 4.1.2 電気二重層相互作用をベースとした磁性流体の作製 268 |
| 4.2 金属磁性流体 269 |
| 4.2.1 金属磁性流体の概要 269 |
| 4.2.2 鉄-コバルト合金磁性流体の作製 269 |
| 5. 磁性流体の応用技術 270 |
| 5.1 医療応用 271 |
| 5.1.1 細胞の磁気選別 272 |
| 5.1.2 ドラッグデリバリー 272 |
| 5.1.3 ハイパーサーミア 273 |
| 5.1.4 MRI(magnetic resonance imaging)の造影剤 275 |
| 6. おわりに 275 |
| 第2章 機能性磁気応答流体技術 島田邦雄 |
| 1. 機能性磁気応答流体について 279 |
| 2. MFとMRFについて 279 |
| 3. MCFについて 281 |
| 3.1 MCFとは 281 |
| 3.2 粘度特性 282 |
| 2.3 磁化特性 283 |
| 3.4 磁気圧力 284 |
| 3.5 磁気クラスタ 285 |
| 3.6 粒子沈降 286 |
| 3.7 スパイク 287 |
| 4. MCFの応用技術 287 |
| 第3章 磁性ビーズを用いた回転分子モーターの研究 野地博行 |
| 1. はじめに 293 |
| 2. 生体分子モーターの種類と1分子操作 293 |
| 3. 分子モーターの駆動エネルギー 294 |
| 3.1 ATP駆動モーター 294 |
| 3.2 プロトンの電気化学ポテンシャル駆動モーター 295 |
| 4. ATP合成酵素を構成する二つの回転モーター 295 |
| 5. ATP合成酵素と水力発電機 296 |
| 6. F1モーターの構造 296 |
| 7. F1モーター回転運動の1分子観察 297 |
| 8. 磁気ビーズを用いたF1モーターの1分子操作 297 |
| 9. ATP合成実験 298 |
| 10. おわりに 300 |
| 第4章 量子ドットによる標識技術 石川 満 |
| 1. 概要 302 |
| 2. 量子ドットの特長 302 |
| 3. 量子ドットの合成・表面修飾・可水溶化 304 |
| 4. 量子ドットを用いた細胞,組織および器官の可視化 306 |
| 5. 量子ドット共役体を用いたバイオアッセイとバイオセンシング 308 |
| 5.1 毒物の検出 308 |
| 5.2 DNAフラグメントと特定の塩基配列の検出,タンパク質の検出 308 |
| 5.3 マイクロアレイ,フローサイトメトリー,クロマトグラフィーへの応用 309 |
| 第I編 基礎編 |
| 第1章 磁性ビーズの特長と作製法の原理概説 阿部正紀 |
| 1. はじめに 3 |
| 2. 磁性ビーズの特長・利点 3 |
| 3. 磁性ビーズの作製法とFeの重要性 5 |
| 3.1 化学的合成法の利点 5 |
