中島 一紀 (ナカシマ カズノリ)

工学研究院 環境循環システム部門 地圏循環工学分野教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士(工学), 九州大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • タンパク質機能化
  • バイオ界面
  • バイオミネラリゼーション
  • レアメタル
  • バイオマス
  • 分離工学
  • 酵素工学
研究分野
  • 環境・農学, 環境材料、リサイクル技術
  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学), バイオ機能応用、バイオプロセス工学
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2024年04月 - 現在
    北海道大学, 大学院工学研究院 環境循環システム部門, 教授
  • 2014年10月 - 2024年03月
    北海道大学, 大学院工学研究院 環境循環システム部門, 准教授
  • 2011年04月 - 2014年09月
    東北大学, 大学院工学研究科化学工学専攻, 助教
  • 2009年01月 - 2011年03月
    神戸大学, 自然科学系先端融合研究環, 助教
  • 2008年04月 - 2008年12月
    九州大学グローバルCOE 学術研究員
  • 2007年04月 - 2008年03月
    日本学術振興会特別研究員(PD)
学歴
  • 2004年04月 - 2007年03月, 九州大学大学院工学府化学システム工学専攻博士課程, Graduate School of Engineering, Chemical Systems and Engineering
  • 2001年04月 - 2003年03月, 九州大学大学院工学府化学システム工学専攻修士課程, Graduate School of Engineering, Chemical Systems and Engineering
  • 1997年04月 - 2001年03月, 九州大学工学部物質科学工学科, School of Engineering, Department of Materials Science and Engineering
委員歴
  • 2023年06月 - 現在
    Journal of Bioscience and Bioengineering, Editorial Board
  • 2015年07月 - 現在
    資源・素材学会, 季刊「資源と素材」編集委員
  • 2015年06月 - 現在
    資源・素材学会 北海道支部, 常議員
  • 2016年06月 - 2024年05月
    資源・素材学会 北海道支部, 幹事(2017年11月-2019年10月 幹事長)
  • 2013年09月 - 2021年09月
    生物工学若手研究者の集い(生物工学若手会), 幹事(2019年-2021年 若手会会長)

研究活動情報

■ 受賞
  • 2022年, 第45回生物工学奨励賞(照井賞)
    有機–無機界面に着目した複合バイオ材料の創製に関する生物化学工学的研究
  • 2012年, 平成23年度化学工学会研究奨励賞(實吉雅郎記念賞)
    日本国
  • 2009年, Best Presentation Award, APBioChEC'09
    日本国
  • 2006年, Best Ph.D student oral presentation, YABEC 2006 Symposium
  • 2005年, 第12回日本生物工学会九州支部佐賀大会 学生賞(博士の部)
    日本国
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • エコバイオリファイナリー―脱石油社会へ移行するための環境ものづくり戦略―
    シーエムシー出版, 2010年
  • 酵素利用技術大系
    エヌ・ティー・エス, 2010年
  • エコバイオリファイナリー―脱石油社会へ移行するための環境ものづくり戦略―
    シーエムシー出版, 2010年
  • 酵素利用技術大系
    エヌ・ティー・エス, 2010年
■ 主な担当授業
  • 資源生物工学, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 資源生物工学, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 資源生物工学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 資源生物工学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 資源生物工学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 資源生物工学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 資源循環システム実験Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 資源循環システム実験Ⅲ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 化学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 微生物工学, 2024年, 学士課程, 工学部
■ 所属学協会
  • 資源・素材学会
  • 日本生物工学会
  • 化学工学会
  • 日本化学会
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 酵素誘発析出ミネラルによる多孔質岩盤遮水性改善法の開発
    科学研究費助成事業
    2024年04月01日 - 2027年03月31日
    佐藤 晃; 中島 一紀; 才ノ木 敦士; 伊藤 紘晃
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 熊本大学, 24K01421
  • 生物機能を駆使した選択的インテリジェント凝集システムの開発
    科学研究費助成事業
    2024年04月01日 - 2027年03月31日
    中島 一紀; 廣吉 直樹; 五十嵐 健輔; 高野 力
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 24K03104
  • 天然および人工の有機・無機接着界面から発想する新たなバイオベース固化技術の創出
    科学研究費助成事業
    2021年04月01日 - 2024年03月31日
    中島 一紀; 川崎 了; 五十嵐 健輔
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 21H03627
  • デザイン可能なバイオベースの貴金属吸着剤の創製
    科学研究費助成事業
    2020年07月30日 - 2023年03月31日
    中島 一紀
    本研究では,バイオマスとタンパク質を組み合わせることで都市鉱山からの貴金属の回収が可能なバイオベースの金属イオン吸着剤を開発する。
    昨年度の研究において,金結合タンパク質(AuBP)と多糖結合モジュール(CBM)を融合した融合タンパク質AuBP-CBMを作製し,そのAu3+吸着機能が確認された。そこで本年度は,様々な融合タンパク質のラインナップを作製し,そのセルロース吸着機能および金属吸着機能を調査した。融合タンパク質の作製の過程において,遺伝子構築およびタンパク質発現に成功したものを用いてその後の実験を行った。AuBP-CBMをベースタンパク質として,CBMのN末端およびC末端の両方にAuBPを配置したAuBP両端型,AuBP-CBM を2つ連結したCBMタンデム型を作製した。これら3つの融合タンパク質のセルロース吸着性および金属結合性はそれぞれ異なったが,最終的な効率を示すセルロースあたりのAu3+回収率はAuBP両端型が最も高かった。また,X線光電子分光法(XPS)により,セルロース上に吸着したAuがAu(0)であることを確認した。AuBP両端型を固定化したセルロースは,白金族および遷移金属(Au, Pt, Pd, Cu, Co, Ni, Zn)を含む溶液中からAuを高選択的に回収することが可能であり,セルロース上のAuはチオ尿素を用いて89%脱着することができた。この際,AuはAu+に酸化され,チオ尿素と錯体を形成したと考えられる。
    また,ろ紙以外のセルロース材料として,高機能性材料として注目を集めているセルロースナノファイバーの利用を検討した。タンパク質の吸着性について調査したところ,ろ紙よりも3倍以上の高い吸着性を示すことが明らかとなった。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 20K21853
  • バイオセメントと木質バイオマスを利用した重金属汚染の統合バイオレメディエーション
    科学研究費助成事業
    2018年04月01日 - 2021年03月31日
    中島 一紀; 川崎 了
    本研究では,高濃度の重金属で汚染された土壌をバイオセメント技術により封じ込めを行い,そこから流出した低濃度の重金属汚染水を重金属結合性バイオマスにより完全浄化することが可能なシステムの開発を目的とする。尿素分解酵素を分泌する微生物を用いたCaCO3析出により,モデル汚染土壌および実サンプルの固化と重金属の固定化に成功した。さらに,有機ポリマーを組み合わせたバイオセメントを開発し,さらなる強度の増大を達成した。また,タンパク質と天然高分子を用いた新規の重金属吸着剤を開発し,連続吸着システムを構築した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 18H03395
  • 自発的に無機材料とハイブリッド化する微生物細胞の創製と微生物燃料電池への応用
    科学研究費助成事業
    2015年04月01日 - 2017年03月31日
    中島 一紀
    本研究では,大腸菌E.coliで発現したシリカテインの凝集性について検討を行った。コールドショック発現系を用いることで,シリカテインの発現に成功した。タンパク質は不溶性として得られたが,リフォールディング操作により可溶化した。リフォールディングしたシリカテインを用いて凝集性を調査したところ,シリカテインはバッファー中では自己集合により凝集体を形成したが,尿素存在下では凝集が抑制された。シリカテインを細胞表層に配向させるために,Pseudomonas syringae由来InaK,およびE.coli由来OmpAを用いて細胞表層提示系を構築した。また,微生物燃料電池の基本システムを作製した。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 15K18273
  • 油糧バイオマスから健康機能物質とバイオ燃料の同時製造を実現する新反応・分離技術
    科学研究費助成事業
    2012年04月01日 - 2015年03月31日
    米本 年邦; 北川 尚美; 中島 一紀
    油糧バイオマスに含まれる抗酸化活性の高いビタミンE類(トコトリエノール、トコフェロール)や血中コレステロール濃度を下げる植物ステロールなどの脂溶性健康機能物質を選択的に回収すると同時に、軽油代替燃料となる高品質脂肪酸エステルを製造する独創的な反応・分離技術を開発した。溶媒との親和性に応じて大きく膨潤・収縮するイオン交換樹脂を充填する際に有効な容量可変式反応器を考案、油分を転化率100%で脂肪酸エステルに変換したところ、溶解度の低下によってステロールが室温で結晶化し、容易に回収できることを見出した。また、トコフェロールの回収率100%達成、トコトリエノールの高収率回収に世界に先駆け成功した。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 東北大学, 24246127
  • セルロースの前処理機能を融合した新たな機能性セルラーゼの創製
    学術研究助成基金助成金 若手研究(B)
    2013年04月 - 2015年03月
    中島 一紀
    研究代表者, 競争的資金
  • セルロースの構造緩和と分解を同時に行うデュアル機能型酵素を用いた高効率バイオマス分解
    復興促進プログラム(A-STEP)探索タイプ
    2012年10月 - 2013年09月
    中島 一紀
    JST, 研究代表者, 競争的資金
  • イオン液体をベースとした新規微生物固定化マトリックスの開発とバイオ燃料生産への応用
    ゼネラル石油研究奨励財団 研究奨励助成
    2010年04月 - 2011年03月
    中島 一紀
    研究代表者, 競争的資金
  • イオン液体と微生物をハイブリッド化した新規生体触媒材料の開発
    科学研究費補助金 若手研究(スタートアップ)
    2009年10月 - 2011年03月
    中島 一紀
    新たな溶媒であるイオン液体と微生物を複合化した新たなハイブリッド生体触媒を開発し、バイオ燃料の製造に応用した。まず、イオン液体の有用性を確認するために、リパーゼ発現細胞触媒を用いたバイオディーゼル燃料生産においてイオン液体の効果を調査したところ、イオン液体添加系では生産性が大きく増加した。また、重合基を導入したイオン液体を微生物固定化担体に修飾した細胞触媒ではバイオディーゼル燃料の生産性が向上した。
    日本学術振興会, 研究活動スタート支援, 神戸大学, 研究代表者, 競争的資金, 21860059
  • 米糠残渣油からのトコトリエノール回収とバイオディーゼル燃料合成
    科学研究費助成事業
    2009年 - 2011年
    米本 年邦; 北川 尚美; 久保 正樹; 中島 一紀
    本研究では、米糠から食用油を製造する工程で副生する残渣油(脱臭スカム油)から、健康機能物質トコトリエノールの回収と環境調和型バイオディーゼル燃料の生産を行う新規な反応・分離プロセスを構築することを目的とした。まず、回分系において、陽イオン交換樹脂を触媒とする遊離脂肪酸のエステル化、陰イオン交換樹脂を吸着剤とするトコトリエノールを含むビタミンE類の吸脱着による回収、陰イオン交換樹脂を触媒とするトリグリセリドのエステル交換を段階的に行った。そして、各反応や吸着挙動に及ぼす操作因子の影響を検討することで、各段階での目的に応じた適切な操作条件を明らかにした。この結果に基づき、樹脂を充填したカラム型反応器を作製し、各段階の連続プロセス化を行った。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 東北大学, 21360373
  • 生体触媒のイオン性液体中における新機能発現とその工学的応用
    特別研究員奨励費
    2006年04月 - 2008年03月
    中島 一紀
    イオン液体は室温で液体となる塩であり、有機溶媒のような揮発性がないため環境負荷の少ない次世代型グリーン溶媒としてその応用が期待されている。本研究では、イオン液体を酵素の新たな反応場として用いた新規酵素反応系の構築を行う。イオン液体は水に似た性質と有機溶媒に似た性質を併せもつ特異的な溶媒であるため、酵素反応の新規媒体として非常に興味深い。これまでの検討により、酵素をポリエチレングリコール(PEG)で化学的に修飾することにより、酵素のイオン液体への均一可溶化、および極めて高い酵素活性の発現に成功している。その触媒活性は有機溶媒中よりも高く、さらに酵素がイオン液体中で長期間安定に存在することも示され、イオン液体の酵素反応場としての有用性が明らかとなった。
    これまでの結果を踏まえ、イオン液体と酵素からなる新規バイオコンポジット材料の開発を行った。このコンポジット材料はバイオセンサー素子、バイオ電池の電極酵素、機能性生体触媒材料としての応用が期待される。具体的には、酵素を封入したイオン液体ゲル微粒子を作製し、その調製法と酵素封入ゲル微粒子の触媒活性について検討を行った。イオン液体ゲル微粒子はW/Oエマルションを利用して、その内水相の重合性イオン液体および架橋剤を乳化重合することにより作製した。また、内水相に酵素を共存させて重合することにより酵素封入ゲル微粒子を調製した。また、モデル酵素としてHRP(西洋わさびペルオキシダーゼ)を選択し、くし型PEG修飾HRPを封入したイオン液体ゲル微粒子も同様の手法で調製した。ゲルに固定化されたHRPの活性を調査したところ、高い酵素活性を発現することが明らかとなり、その活性は一般的なポリアクリルアミドからなるゲル微粒子に固定化された酵素をはるかに凌ぐ触媒活性であった。この酵素封入イオン液体ゲル微粒子は再利用が可能であり、産業利用の観点からも非常に意義深い。
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 九州大学, 研究代表者, 競争的資金, 06J09445
■ 産業財産権
  • 接着性部位を含むコンジュゲート及びこれを用いた接着方法
    特許権, 中島 一紀; 佐藤 岳大; 志賀 敏英; 川﨑 了; 廣吉 直樹; ピラッカ ヴィードゥ アンジュ
    特願2022-129688, 2022年08月16日
    特開2024-027204, 2024年03月01日
  • コンジュゲート並びにこれを用いた標的物質の表面特性の制御方法及び標的物質の回収方法
    特許権, 中島 一紀; 石渡 悠介; 菅原 駿平; 川﨑 了; 廣吉 直樹, 国立大学法人 北海道大学
    特願2022-114843, 2022年07月19日
    特開2024-012970, 2024年01月31日
  • バガスの前処理・糖化方法
    特許権, 中島 一紀; 祖山 均; 岸野 光広; 矢萩 大貴; 金子 雅哉, 味の素株式会社
    特願2019-202876, 2019年11月08日
    特開2021-073895, 2021年05月20日

研究シーズ集

■ 研究シーズ