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Ijiro Kuniharu

Research Institute for Electronic Science Biology and Life SciencesProfessor
Research Center of Mathematics for Social CreativityProfessor

Researcher basic information

■ Degree
  • Doctor of Engineering, Tokyo Institute of Technology
■ URL
researchmap URLホームページURL■ Various IDs
J-Global ID■ Research Keywords and Fields
Research Keyword
  • 超分子化学
Research Field
  • Nanotechnology/Materials, Nanometer-scale chemistry
■ Educational Organization

Career

■ Career
Career
  • Mar. 2004 - Present
    Hokkaido University, Research Institute for Electronic Science, 教授
  • Aug. 2022 - Jul. 2025
    国立陽明交通大学(台湾), 客員准教授, Taiwan, Province of China
  • Apr. 2021 - Mar. 2025
    Hokkaido University, Research Institute for Electronic Science, 所長
  • Nov. 2007 - Mar. 2024
    理化学研究所, 客員主幹研究員
  • Apr. 1998 - Mar. 2004
    Hokkaido University, Research Institute for Electronic Science, 助教授
  • Dec. 2000 - Sep. 2003
    科学技術振興事業団, さきがけ研究21(「変換と制御」領域), 研究員
  • Jul. 1999 - Oct. 1999
    Ministry of Education,Culture,Sports,Science and Technology
  • Dec. 1994 - Oct. 1999
    科学技術振興事業団, さきがけ研究21(「場と反応」領域), 研究員
  • Apr. 1994 - Mar. 1998
    Hokkaido University, Research Institute for Electronic Science, 講師
  • Jan. 1993 - Mar. 1994
    フンボルト財団 Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 客員研究員
  • Apr. 1992 - Mar. 1994
    Tokyo Institute of Technology, School of Bioscience and Biotechnology, 助手
  • Apr. 1991 - Mar. 1992
    日本学術振興会, 特別研究員(PD)
  • Apr. 1990 - Mar. 1991
    日本学術振興会, 特別研究員(DC)
Educational Background
  • Apr. 1988 - Mar. 1991, Tokyo Institute of Technology, Graduate School of Science and Engineering, 博士課程
  • Apr. 1986 - Mar. 1988, Tokyo Institute of Technology, Graduate School of Science and Engineering, 修士課程
  • Apr. 1982 - Mar. 1986, Tokyo Institute of Technology, School of Engineering
Committee Memberships
  • Apr. 2004 - Present
    社団法人高分子学会北海道支部幹事, Society
  • Apr. 2026 - Mar. 2028
    バイオミメティクス研究会 第38期運営委員, Society
  • Mar. 2026 - Feb. 2027
    2026年度日本化学会北海道支部 支部長, Society
  • Apr. 2024 - Mar. 2026
    バイオミメティクス研究会 第37期運営委員
  • Mar. 2025 - Feb. 2026
    2025年度日本化学会北海道支部 副支部長, Society
  • Oct. 2024 - Mar. 2025
    戦略的創造研究推進事業(CREST)領域中間評価専門委員, Others
  • Jul. 2014 - Mar. 2024
    特定非営利活動法人バイオミメティクス推進協議会 理事, Society
  • Oct. 2012 - Mar. 2024
    ISO/TC266バイオミメティクス国内審議委員会 委員, Society
  • Apr. 2002 - Mar. 2024
    社団法人高分子学会バイオ・高分子研究会運営委員, Society
  • Oct. 2022 - Mar. 2023
    国立研究開発法人科学技術振興機構 追跡評価専門委員, Others
  • Sep. 2021 - Mar. 2022
    高分子学会 2021学会賞選考委員会, Society
  • Sep. 2018 - Mar. 2022
    文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業「技術スタッフ表彰選定委員」, Autonomy
  • Oct. 2020 - Mar. 2021
    高分子学会 2020学会賞選考委員会, Society
  • Jun. 2019 - Mar. 2020
    日本化学会 2019学会賞選考委員会委員, Society
  • Mar. 2016 - Mar. 2020
    日本化学会 生体機能関連化学・バイオテクノロジーディビジョン 幹事, Society
  • Apr. 2004 - Mar. 2020
    Asian Conference on Nanoscience & Nanotechnology (AsiaNANO), Steering Committee, Society
  • Jun. 2018 - Sep. 2019
    高分子学会 三菱ケミカル賞 選考委員, Society
  • Jun. 2018 - Mar. 2019
    日本化学会 平成30年度学会賞選考委員会委員, Society
  • Apr. 2016 - Mar. 2018
    バイオミメティクス研究会 第33期運営委員, Society
  • May 2015 - Apr. 2017
    一般社団法人電気学会「新しい原子分子組織化物質・材料創出に向けた 光・量子ビーム応用技術調査専門委員会 委員, Society
  • Mar. 2016 - Feb. 2017
    日本化学会 生体機能関連化学部会 幹事, Society
  • Apr. 2014 - Mar. 2016
    独立行政法人科学技術振興機構「戦略的創造研究推進事業」領域アドバイザー, Society
  • Jul. 2014 - May 2015
    第64回高分子学会年次大会運営委員, Society
  • Jun. 2012 - May 2014
    社団法人高分子学会北海道支部長, Society
  • May 2012 - May 2014
    社団法人高分子学会第31期理事, Society
  • May 2012 - May 2014
    社団法人高分子学会高分子編集委員会支部委員, Society
Position History
  • 教育研究評議会評議員, 2021年4月1日 - 2023年3月31日
  • 電子科学研究所長, 2021年4月1日 - 2023年3月31日
  • 電子科学研究所長, 2023年4月1日 - 2025年3月31日
  • 電子科学研究所副所長, 2015年4月1日 - 2015年9月30日
  • 電子科学研究所副所長, 2015年10月1日 - 2017年3月31日
  • 電子科学研究所副所長, 2017年4月1日 - 2019年3月31日
  • 電子科学研究所副所長, 2019年4月1日 - 2021年3月31日

Research activity information

■ Awards
  • Feb. 2026, 公益社団法人高分子学会, 2025 Award for Outstanding Achievement in Polymer Science and Technology
    Development of Self‑Assembled Nanomaterials Based on Biopolymers and Gold Nanoparticles
    居城邦治
  • Oct. 2018, 14th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis, Distinguished Award 2018 for Novel Materials and their Synthesis
  • Mar. 2018, 公益社団法人 日本化学会, 日本化学会学術賞
    刺激応答性金ナノ構造集積体の創製と応用
    居城 邦治
  • Sep. 2016, 高分子学会, 高分子学会三菱化学賞
    バイオテンプレートを用いたナノ構造組織体の設計
    居城 邦治
  • Feb. 2016, 北海道大学, 平成27年度教育総長賞
    居城 邦治
  • May 2014, 公益社団法人 高分子学会, 高分子学会賞
    ハニカムフィルムの生産技術とその応用
    居城 邦治
  • Nov. 2007, 日刊工業新聞社主催、NEDO共催、中小企業基盤整備機構特別協力, 第2回モノづくり連携大賞 モノづくり連携大賞
    北海道の地の利と人材を活かしたバイオとナノの連携プロジェクト―自己組織化ハニカム膜の製造技術と医療応用―
    Japan
■ Papers
■ Other Activities and Achievements
■ Books and other publications
  • Materials Nanoarchitectonics, From Integrated Molecular Systems to Advanced Devices
    Hideyuki Mitomo; Kuniharu Ijiro, Chapter 7 Metal Nanoarchitectonics: Fabrication of Sophisticated Gold Nanostructures for Functional Plasmonic Devices
    Elsevier, Dec. 2023, [Contributor]
  • バイオミメティクス・エコミメティクス ー持続可能な循環型社会へ導く技術革新のヒントー
    居城邦治, バイオミメティクス・インフォマティクスを支えるナノテクノロジー
    シーエムシー出版, Jan. 2021, [Contributor]
  • Stimuli-Responsive Interfaces -Fabrication and Application-
    Hideyuki Mitomo; Kenichi Niikura; Kuniharu Ijiro, Stimuli-responsive structure control of gold nanoparticle assembly
    Springer, Nov. 2016, 127-145, [Contributor]
  • 生物模倣技術と新材料・新製品開発への応用
    三友秀之; 居城邦治, 生物の持つ発色メカニズムとその応用展開
    技術情報協会, Jul. 2014, [Contributor]
  • ソフトナノテクノロジーにおける材料開発
    シーエムシー出版, 2011
  • 次世代バイオミメティクス研究の最前線-生物多様性に学ぶ-
    シーエムシー出版, 2011
  • 現代界面コロイド科学の事典
    丸善株式会社, 2010
  • 自己組織化ハンドブック
    エヌ・ティー・エス, 2009
  • 超分子サイエンス&テクノロジー-基礎からイノベーションまで-
    エヌ・ティー・エス, 2009
  • 金属ナノ・マイクロ粒子の形状・構造制御技術
    シーエムシー出版, 2009
  • バイオナノプロセス
    シーエムシー出版, 2008
  • 量子ドットの生命科学領域への応用
    ㈱シーエムシー出版, 2007
  • バイオとナノの融合Ⅱ-新生命科学の応用-
    北海道大学出版会, 2007
  • 自己組織化ナノマテリアル フロンティアテクノシリーズNo.9 -フロントランナー85人が語るナノテクノロジーの新潮流-
    フロンティア出版, 2007
  • Application of Quantum Dot in Life Science
    2007
  • 進化する有機半導体 有機エレクトロニクス創成へ向けた光・電子機能デバイスへの応用最前線
    エヌ・ティー・エス, 2006
  • ソフトナノテクノロジー -バイオマテリアル革命-
    ソフトナノテクノロジー -バイオマテリアル革命-, 2005
  • 超分子科学-ナノ材料創製に向けて-
    化学同人, 2004
  • Nanotechnology toward the Organic Photonics
    Nanotechnology toward the Organic Photonics, 2002
  • Studies in Surface Science and Catalysis 132
    Elsevier Science B. V., 2001
■ Lectures, oral presentations, etc.
  • Bio-Inspired Plasmonic Nanostructures for SERS Sensing (in person)
    Kuniharu Ijiro
    9th NaBIS, 28 Nov. 2025, English, Invited oral presentation
    28 Nov. 2025 - 28 Nov. 2025, [Invited]
  • Stimuli-responsive plasmonic nanogap structure for ultrasensitive surface-enhanced Raman scattering
    Kuniharu IJIRO
    N.I.C.E. International RENDEZ-VOUS, 23 Jun. 2025, English, Keynote oral presentation
    23 Jun. 2025 - 25 Jun. 2025, [Invited]
  • Biomimetic Plasmonic Nanostructures for Ultra-Sensitive Surface Enhanced Raman Scattering
    Kuniharu Ijiro
    The 1st Taiwan-Japan International Mini-Symposium, 13 Jan. 2025, English, Invited oral presentation
    13 Jan. 2025 - 14 Jan. 2025, [Invited]
  • Stimuli-responsive Plasmonic Nanostructure for Surface Enhanced Raman Scattering
    Kuniharu Ijiro
    NISE 2024, 20 Nov. 2024, English, Invited oral presentation
    20 Nov. 2024 - 20 Nov. 2024
  • Self-Assembly of Gold Nanoparticles in Solution
    Kuniharu Ijiro
    RIES-CEFMS Symposium, 13 Dec. 2022, English
    13 Dec. 2022 - 14 Dec. 2022, [Invited]
  • Biomimetic self-assembly of nanoparticles in solutions
    Kuniharu Ijiro
    9th NaBIS, 25 Nov. 2022, English, Invited oral presentation
    25 Nov. 2022 - 25 Nov. 2022, [Invited]
  • 高分子を用いた刺激応答性プラズモニック金ナノ構造体の展開
    居城邦治
    高分子学会第47回中国四国地区高分子講座, 01 Dec. 2021, Japanese, Invited oral presentation
    01 Dec. 2021 - 01 Dec. 2021, [Invited]
  • Stimuli-Responsive Assemblies of Gold Nanopaericles and those applications
    Kuniharu Ijiro
    International Conference on Materials Science and Engineering (Materials Oceania 2020), 14 Oct. 2021, English, Invited oral presentation
    10 Oct. 2021 - 14 Oct. 2021, [Invited]
  • Stimuli-Responsive Gold Nanoparticles Assembly and Those Applications
    Kuniharu Ijiro
    The 1st Australia-Belgium-Japan joint symposium on excitonics and cellular communication, 03 Oct. 2019, English, Invited oral presentation
    03 Oct. 2019 - 03 Oct. 2019, [Invited]
  • Self-Assembly of Rod-Shaped Au Nanoparticles and those Plasmonic Functions
    Kuniharu Ijiro
    15th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XV), 08 Sep. 2019, English, Keynote oral presentation
    06 Sep. 2019 - 11 Sep. 2019, [Invited]
  • DNA Brush-Directed Aligning Self-Assembly of Gold Nanorods as Photonic Nanomaterials
    Kuniharu Ijiro
    16th European Conference on Organized Films (ECOF16), 10 Jul. 2019, English, Invited oral presentation
    08 Jul. 2019 - 12 Jul. 2019, [Invited]
  • バイオミメティクスへの取り組みについて
    居城邦治
    機能性フィルム研究会夏季特別研修会, 05 Jul. 2019, Japanese, Invited oral presentation
    05 Jul. 2019 - 05 Jul. 2019, [Invited]
  • Stimuli-Responsive Gold Nanoparticle Assembly and Those Applications
    Kuniharu Ijiro
    10th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT 2019), 24 Jun. 2019, English, Invited oral presentation
    23 Jun. 2019 - 27 Jun. 2019, [Invited]
  • Development of Stimuli-Responsive Gold Nanostructure Assembly and those Applications
    IJIRO Kuniharu
    14th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XIV), 23 Oct. 2018, English, Keynote oral presentation
    [International presentation]
  • ナノ粒子集積体のボトムアップファブリケーションとバイオ・フォトニクスへの応用
    居城 邦治
    日本化学会北海道支部2018年夏季研究発表会, 21 Jul. 2018, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • 刺激応答性金ナノ構造集積体の創製と応用
    居城 邦治
    日本化学会 第98春季年会 (2018), 21 Mar. 2018, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • DNA Brush-Directed Alignment of Extensive Gold Nanorod Arrays as Plasmonic Nanomaterials
    IJIRO Kuniharu
    The 15th Pacific Polymer Conference (PPC-15), 12 Dec. 2017, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Active gap SERS with plasmonic nanostructures on hydrogels for the sensitive detection of biomacromolecules
    IJIRO Kuniharu
    8th International Conference and Exhibition on Lasers, Optics & Photonics, 16 Nov. 2017, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Reversible pH or temperature stimulus-response self-assembly of nanoparticles
    IJIRO Kuniharu
    2017 RIES-CIS Symposium, 28 Oct. 2017, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Self-assembled Nanoparticles as Photonic and Biological Nanomaterials
    IJIRO Kuniharu
    International Symposium on Materials for Chemistry and Engineering (IMCE 2017), 03 Feb. 2017, English, Keynote oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • DNA Brush-Directed Self-Assembly of Gold Nanorods into Vertically Aligned Arrays
    Kuniharu Ijiro; Satoshi Nakamura; Hideyuki Mitomo; Yasutaka Matsuo; Kenichi Niikura
    The 11th SPSJ International Polymer Conference (IPC 2016), 15 Dec. 2016, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Salmon DNA-based Preparation of Nanomaterials
    IJIRO Kuniharu
    The 17th Chitose International Forum on Photonics Science & Technology (CIF17), 14 Nov. 2016, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • DNA Brush-Directed Vertical Alignment of Au Nanorod
    Satoshi NAKAMURA; Hideyuki MITOMO; Yasutaka MATSUO; Kenichi NIIKURA; Kuniharu IJIRO; Andrew Pike
    12th IUPAC International Confrence on Novel Materials and their Synthesis(NMS-XII), 14 Oct. 2016, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • ダイナミックなナノ粒子アセンブリングによる生体分子の表面増強ラマン散乱計測
    居城 邦治
    日本分析化学会第65年会, 16 Sep. 2016, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • バイオテンプレートを用いたナノ構造組織体の設計
    居城 邦治
    第65回高分子討論会, 14 Sep. 2016, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Self-assembled 2D Monolayers and 3D Vesicle of Au Nanoparticles for Photonic and Biomedical Applications
    IJIRO Kuniharu
    KJF-ICOMEP 2016, 04 Sep. 2016, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Self-assembled alignment of nanorod by using DNA brush
    Kuniharu Ijiro; Satoshi Nakamura; Hideyuki Mitomo; Andrew Pike; Yasutaka Matsuo; Kenichi Niikura
    SPIE Optics + Photonics, 29 Aug. 2016, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • DNA brushes as functional interfaces for bio/nano applications
    Kuniharu Ijiro; Hideyuki Mitomo; Satoshi Nakamura; Yasunobu Suzuki; Asumi Eguchi; Yasutaka Matsuo; Kenichi Niikura
    The First International Symposium on Advanced Soft Matter, 14 Jun. 2016, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Self-Assembled Vesicles and Monolayers Prepared by Gold Nanoparticles and their SERS Applications
    IJIRO Kuniharu
    1st Student Winter WorkshopMaison France-Japan University de Strasbourg, 14 Mar. 2016, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Active Gap SERS for the Sensitive Detection of Biomacromolecules with Gold Nanoparticles on Hydrogels
    K. Ijiro; H. Mitomo; K. Horie; Y. Matsuo; K. Niikura
    JOINT WORKSHOP Frontier 2015, 01 Dec. 2015, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Self-assembly of nanoparticles: beyond the molecular scale
    IJIRO Kuniharu
    The 3rd International Symposium on AMBITIOUS LEADER’ PROGRAM Fostering Future Leaders to Open New Frontiers in Materials Science, 18 Nov. 2015, English, Invited oral presentation
    Akira Suzuki Hall, Hokkaido Univ., [Invited], [International presentation]
  • Nanoparticle self-assembly for bio applications
    IJIRO Kuniharu
    2015 RIES-CIS Symposium 北海道大学電子科学研究所・台湾国立交通大学合同シンポジウム, 06 Nov. 2015, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Hydrogel-Based Active Gap Control of Gold Nanoparticle-Assembly for Surface-Enhanced Raman Scattering Measurement of Macromolecules
    IJIRO Kuniharu
    11th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XI), 11 Oct. 2015, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Plasmonic nanostructures based on self-assembled nanoparticles for biosensing
    IJIRO Kuniharu
    第76回応用物理学会秋季講演会シンポジウム, 13 Sep. 2015, English, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Gold Nanoparticle Vesicles and Those Sensing and Biological Applications Based on Plasmonic Properties
    Kuniharu Ijiro; Jinjian Wei; Yasutaka Matsuo; Hideyuki Mitomo; Kenichi Niikura
    KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2015 (KJF-ICOMEP 2015), 06 Sep. 2015, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Polymer Network Based Tunable Plasmonic Device Using Nanoparticles
    IJIRO Kuniharu
    Japan-Taiwan Bilateral Polymer Symposium 2015, 02 Sep. 2015, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Nanoparticle-based biomimetic functional materials
    IJIRO Kuniharu
    SPIE Optics + Photonics 2015, 09 Aug. 2015, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • ハイドロゲルを用いたチューナブルプラズモン共鳴とラマン分光への応用
    居城 邦治
    日本学術振興会「先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会」平成26年度 第1回研究会 ハイスループット材料分科会研究会 合同研究会, 03 Jul. 2015, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • タンパク質やナノ粒子の自己組織化によるナノカプセルの作製とそれらのバイオ・フォトニック応用
    居城 邦治
    第一回新しい原子分子組織化物質・材料創出に向けた光・量子ビーム応用技術調査専門委員会, 08 May 2015, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • 生物の動的構造色をヒントにした表面増強ラマン散乱基板の作製
    居城 邦治
    日本化学会 第95春季年会, 26 Mar. 2015, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Gold nanoparticle vesicles and those unique photonic properties
    IJIRO Kuniharu
    7th french-japanese joint workshop On FRONTIER MATERIALS, 09 Dec. 2014, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 分子からナノ粒子へと展開する自己組織化
    居城 邦治
    第14回 東北大学多元物質科学研究所研究発表会, 05 Dec. 2014, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Fabrication of Nanoparticle Vesicles beyond Molecular Self-assembly
    IJIRO Kuniharu
    17th SNU-HU Joint Symposium Satellite "Frontiers in Chemical Sciences 2014 @ SNU & HU", 28 Nov. 2014, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • The synthesis and bio/nano applications of DNA brushes
    IJIRO Kuniharu
    SPIE Optics + Photonics 2014, 17 Aug. 2014, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • ゲル表面への金属ナノ構造の固定化と動的構造色への応用
    居城 邦治
    表面技術協会 2014年北海道夏期セミナー"自然に学ぶ表面処理", 01 Aug. 2014, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Nanoparticle Vesicles toward Biosensing and Drug Carrier
    IJIRO Kuniharu
    Synthetic Biology Meeting, 07 Jul. 2013, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Self-assembly of Nanoparticles toward Biosensing and Drug Carrier
    IJIRO Kuniharu
    1st Conference of JSPS Core to Core Program, 15 Jun. 2013, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Nanoparticle vesicles: preparation and applications in biosensing and drug delivery
    IJIRO Kuniharu
    Discussion Symposium on Artificial Life and Biomimetic Functional Materials, 29 May 2013, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Gold nanoparticle vesicles and their optical and biological applications
    IJIRO Kuniharu
    Rennes Frontier 2012 5th frence-japanese joint workshop on Frontier Materials, 02 Dec. 2012, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Self-assembly of Nanoparticles for Optical and Biological Applications
    IJIRO Kuniharu
    RIES-CIS Symposium, 25 Oct. 2012, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Room temperature coulomb blockade in a DNA-templated metal/polymeralternated hybrid nanowire
    Kuniharu Ijiro; Guoqing Wang; Hirofumi Tanaka; Liu Hong; Yasutaka Matsuo; Kenichi Niikura; Masuhiro Abe; Kazuhiko Matsumoto; Takuji Ogawa
    2012 Optics + Photonics, SPIE, 12 Aug. 2012, English, Invited oral presentation
    [International presentation]
  • Fabrication of functional nanowires by DNA-mediated self-assembly
    IJIRO Kuniharu
    imec Handai International Symposium, 04 Jun. 2012, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 生体分子の分子認識を利用した機能性金属ナノ構造の自己組織化的作製
    居城 邦治
    第114回 KARCコロキウム, 05 Mar. 2012, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • DNA-conjugated silver nanoparticles for fluorescence and Raman scattering dual-modal imaging
    IJIRO Kuniharu
    12th Chitose International Forum on Photonic Science & Technology (CIF’12), 13 Oct. 2011, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • DNA-templated bottom-up fabrication of conductive nanowires
    IJIRO Kuniharu
    2011 Taiwan-Japan Bilateral Polymer Symposium (TJBPS'11), 14 Sep. 2011, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • DNA-assisted fabrication of luminescent and Raman active silver nanoparticles for dual-modal bioimaging
    Kuniharu Ijiro; Guoqing Wang; Takashi Nishio; Katsuyuki Nambara; Yasutaka Matsuo; Kenichi Niikura
    SPIE Optics + Photonics 2011, 21 Aug. 2011, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • DNA-Tamplated Assembly of Azobenzene at the Air-Water Interface
    Kuniharu Ijiro; Osamu Haruta; Kenichi Niikura; Yasutaka Matsuo
    PACIFICHEM 2010, 15 Dec. 2010, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 同位体顕微鏡によるバイオイメージングの可能性
    居城 邦治
    第30回 日本マグネシウム学会総会, 20 Nov. 2010, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Introduction of RIES‐Hokkaido University and the Study of DNA‐templated Nano Device
    Kuniharu Ijiro; Aya Tanaka; Ayako Ishikawa; Kenichi Niikura; Yasutaka Matsuo
    The 3rd Workshop on FEL Science:"Emerging X‐ray Applications in Biological Systems‐II", 04 Oct. 2010, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Synthesis of DNA-nanoparticle/DNA-nanostructure for fabrication of single-electron device
    IJIRO Kuniharu
    SPIE Optics + Photonics 2010, 01 Aug. 2010, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Base Sequence Specific Metallization of Single DNA Molecule for Application to Nano Devices
    IJIRO Kuniharu
    13th International Conference on Organized Molecular Films(LB13), 18 Jul. 2010, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Metallization of Single DNA Molecule for Application to Nano Devices
    Kuniharu Ijiro; Aya Tanaka; Ken-ichi Niikura; Yasutaka Matsuo
    2010 Japan-Taiwan Bilateral Polymer symposium (JTBPS'10), 01 Jul. 2010, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Self-assembled Hierarchic Structures of Metal-Molecule Hybrids for Sensing and Electronic Devices
    IJIRO Kuniharu
    ICEP2010, 12 May 2010, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 生体の分子認識を利用した有機-金属バイオナノシステムの構築
    居城 邦治
    ナノICTシンポジウム2010~ナノとバイオの融合が切り開く未来型ICT~, 19 Feb. 2010, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • Fabrication of Molecular-Metal Hybrid Nanosystems based on Biomolecular Recognition
    IJIRO Kuniharu
    International Symposium on Engineering Neo-Biomimetics – Toward Paradigm Shift for Innovation –, 01 Oct. 2009, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Base Sequence-Specific Metallization of Double-Stranded DNA for Bottom-Up Fabrication Process of Nanostructure
    K. Ijiro; A. Tanaka; K. Niikura; Y. Matsuo
    International Symposium of Post-Silicon Materials and Devices Research Alliance Project, 05 Sep. 2009, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Base Sequence-Specific Metallization of DNA for Bottom-Up Process of Nanostructure Fabrication
    IJIRO Kuniharu
    HYU-RIKEN Joint Workshop & FTC One Year Anniversary Celebration, 11 Aug. 2009, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • DNA-assisted fabrication of functional metal nanostructures
    Kuniharu Ijiro; Aya Tanaka; Ayako Ishikawa; Ken-ichi Niikura; Yasutaka Matsuo
    SPIE Optics + Photonics 2009, 02 Aug. 2009, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Fabrication of Nanowires by Base-Selective Metallization of DNA
    IJIRO Kuniharu
    Japan-Korea-China Mini-symposium on Nanotechnology, Biotechnology and Catalysis -Satellite Session-, 07 Nov. 2008, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • DNA Sequence-Selective Fabrication of Platinum Nanowires
    IJIRO Kuniharu
    AsiaNANO2008 (Asian Conference on Nanoscience and Nanotechnology), 03 Nov. 2008, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • DNA Sequence Specific Fabrication of Metal Nanostructures
    IJIRO Kuniharu
    Korea-Japan Joint Forum (KJF) 2008, 23 Oct. 2008, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
■ Syllabus
  • ソフトマター分子科学特論, 2024年, 修士課程, 生命科学院
  • ソフトマター分子科学特論, 2024年, 修士課程, 生命科学院
  • 環境と人間(1単位), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 環境と人間(1単位), 2024年, 学士課程, 全学教育
■ Affiliated academic society
  • American Association for the Advancement of Science
  • American Chemical Society
  • 高分子学会 バイオ・高分子研究会
  • 高分子学会
  • 電気化学会
  • 応用物理学会
  • 日本化学会
■ Research Themes
  • 光免疫療法のための近赤外線照射で活性化する界面活性ヤヌス型ナノ粒子の創製
    科学研究費助成事業
    01 Apr. 2024 - 31 Mar. 2028
    居城 邦治
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 24K03258
  • Development of Janus-shaped gold nanoparticles for cancer treatment using highly biopermeable near-infrared light
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    30 Jun. 2022 - 31 Mar. 2024
    Ijiro Kuniharu
    In this research, we aimed to develop a photothermal therapeutic system to disrupt cancer cell membranes with gold nanoparticles (AuNPs) that absorb near-infrared (NIR) light. The AuNPs were modified with temperature-responsive ligands to express surfactant effect that destroys cell membranes via photothermal conversion. Firstly, a disc (AuND) was modified with a weakly hydrophobic ligand to provide temperature responsivity. As a result, it showed assembly/disassembly according to heating/cooling with good dispersibility. Next, a rod (AuNR) was mixed with cancer cells in a culture medium and irradiated with NIR light to demonstrate cell membrane disruption. As a result, cell viability was significantly reduced with NIR light irradiation. These results revealed that the photothermal conversion of AuNPs enables to induce the death of cancer cells with NIR light efficiently.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory), Hokkaido University, 22K19908
  • Super-resolution live-cell imaging of cell-attached nanointerface using LSPR sheets
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    26 Jun. 2019 - 31 Mar. 2024
    玉田 薫; 木戸秋 悟; 須川 晃資; 岡本 晃一; 居城 邦治
    課題1:超解像度超高速ライブイメージング用局在プラズモンシートの作製
    Edgeの尖った銀ナノキューブ(立方体)について単層で大面積(数mm四方)の膜を作製することに成功した。さらに水ーブタノール混合溶媒系界面での銀ナノプリズムの二次元自己組織化が、ブタノールの界面への過剰吸着とそれに起因する界面での対流に誘発されることを明らかにした。電磁場解析計算では、金属薄膜上に金属ナノ構造を配置すれば光の共鳴ピークが著しく先鋭化し、Q値が約10倍、発光増強換算で約40倍の電場増強が得られることが明らかになった。さらに集光シミュレーションを行ったところ、通常の材料の半分以下の集光スポットが得られ、高分解イメージングの可能性が示唆された。
    課題2:細胞接着ナノ界面の創製と分子ダイナミクスの直接観察
    細胞接着の初期段階において、これまでに報告されていない新たな繊維状新生接着体の形成を発見した。この構造体は細胞が基板に接触した直後にのみ放射状に現れ、細胞が成熟した接着斑を形成し伸展を始めると消失する。またこの構造体はフィブロネクチン処理基板など細胞接着性表面では現れず、細胞が接着しにくい基板でのみ細胞の剥離を抑えるように現れる。これは局在プラズモンシートによる高解像度・高速イメージングによって初めて可視化されたもので、これについて論文発表し、プレス発表をした。さらに今後課題3で実施する医療応用(幹細胞/がん細胞の動態診断)の試験観察を始め、細胞腫によって界面での深さ方向の動き(ダイナミクス)に違いがあることを見出した。
    その他、国際共同研究の成果として、台湾師範大学との共同研究において、ペロブスカイト量子ドットを使った発光メモリーデバイスの開発に成功し、その成果についてNature Comm.に発表した。台湾国内では20社を超える新聞発表/TV報道がなされ、日本へもYahooニュースとして逆輸入され注目を集めた。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (S), Kyushu University, 19H05627
  • Dynamics of biomimetic hierarchical structure
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    28 Jun. 2012 - 31 Mar. 2017
    Hosoda Naoe
    The hierarchy of the sub cellular size structure of the creature develops various functions such as self-healing (surface of the leaves), the reversible adhesion (attachment device of the insect), self-alignment and antifouling (the surface of a slug and the lotus leaves). This study finds out about the mechanism of each function from the point of view of biophysics, the materials science or surface science and aimed at the innovative materials development.
    We achieved successfully a development of the superior multilayer films coating which conventional artificial materials did not have self-healing, antifouling, and development of the self-alignment which used the bubble by an idea new at all, the realization of a reversible adhesive mechanism approximately as scheduled.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), National Institute for Materials Science, 24120005
  • Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    28 Jun. 2012 - 31 Mar. 2017
    SHIMOMURA MASATSUGU
    Biomimetics is the innovative paradigm shift based on biodiversity. Biodiversity is not only the result of evolutionary adaptation but also the optimized solution of “an epic combinatorial chemistry” for sustainability. Biomimetics is an emergent interdisciplinary field of natural history, biology, ecology, mathematics, physics, chemistry, nanotechnology, materials science, mechanical engineering, architecture, economics, and sociology. The comprehensive “translational research” combining various fields of science and technology is indispensable to open the new paradigm based on ”biological diversity” and “human wisdom”. Through the design and fabrication of materials and devices based on knowledge obtained from biological diversity and a biological process, we aim to make a platform for development of new industry by compiling a "Biomimetics database".
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area), 24120001
  • Fabrication of meta-material by programmable plating of DNA
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2010 - 2012
    IJIRO Kuniharu
    Top-down processes, such as photolithography, have been approaching a limit with regard to the fabrication of fine structures. For the preparation of molecular-scale fine structures, it is important that conventional self-assembly methods should be adapted to a “programmable self-assembly” as a next-generation bottom-up system. We aim to fabricate nano-gap electrodes by sequence-selective metallization of template DNA. We have already reported the fabrication of sequence-selective platinum nano-wires using poly(guanine) and poly(adenine-thymine) diblock DNA, which is enzymatically polymerized as a template. That method, however, cannot be extended to the preparation of oligoblock DNA. In this study, we prepared triblock DNA sequences using guanine as a platinum-binding natural nucleotide and 7-deaza-guanine as a platinum-nonbinding unnatural nucleotide for the construction of platinum nano-wires with nano-gap structures.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Hokkaido University, 22655059
  • Fabrication of DNA conjugated gold nanoparticle for single electron devices
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2010 - 2012
    IJIRO Kuniharu; SANO Kenichi; NIIKURA Kenichi; MATSUO Yasutaka; SHIMAMOTO Naonobu; MITOMO Hideyuki
    DNA-based nanoparticle assembly is powerful tool for fabrication of nanostructures such as nano-patterning, whereas it is required to prepare nanoparticles in which a discrete and known number of single-stranded oligonucleotides are attached by thiol. We attempted to polymerize single primer-template DNA bound to Au nanoparticles by DNA polymerase, Klenow Fragment exo- (KF-), depending on reaction time. The AFM observation and gel electrophoresis suggest that KF- extended the short primer template bound to Au nanoparticle.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 22350076
  • New approach for the detection of cellular stresses based on chaperone-carbohydrate interactions
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2007 - 2009
    NIIKURA Kenichi; IJIRO Kuniharu; KOGURE Kentaro
    For quantitative detection of stress responses to cells, we have developed sugar-displaying CdTe as a stress sensing probe in cells. During three years (H19-H21), we obtained following two results;
    1. GlcNAc-QDs were accumulated in cells when stimulating the cells by adding heavy metals as chemical stresses.
    2. The coating of QDs with α-Glucose can efficiently promote the nuclear import of QDs. This fact leads to various medical applications, such as drug delivery systems (DDSs) and bioimaging.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 19350078
  • ウイルスを鋳型とした金属微粒子3次元規則配列構造の構築
    科学研究費助成事業
    2007 - 2008
    新倉 謙一; 澤 洋文; 松尾 保孝; 居城 邦治
    ウイルスのタンパク質が自己集合して形成するウイルス様微粒子(virus-like particle : VLP)は、ウイルスゲノムを持たずにウイルスと同じ経路で細胞内へ導入されるため、ドラッグデリバリーシステムのキャリアー等として注目されている。私たちはVLPの持つ糖鎖認識性に着目し、糖鎖の分子認識を利用してウイルスの周辺に規則的に金属微粒子を配列させることを目的に研究を進めた。まず金微粒子にシアル酸を提示させる技術を確立した。このシアル酸提示金微粒子は非常に水への分散性が高く、ウイルスと結合させても沈殿するようなことはなかった。VLPとシアル酸を修飾した金ナノ粒子の複合体形成の電子顕微鏡像(STEM)を詳細に検討すると、VLPの表層に特異的に金ナノ粒子が結合している様子が観察された。また、紫外可視吸収スペクトルの長波長シフトには、金ナノ粒子表面のシアル酸の有無によって有意な差が生じたことから、溶液中でも金ナノ粒子がVLPに結合していることが示された。さらに金ナノ粒子濃度の上昇に伴いプラズモン吸収の長波長側への大きなシフトが測定された。これはウイルスを鋳型とした金ナノ粒子の結合により、三次元的なプラズモンのカップリングが起きたことを意味している。さらにウイルスと金微粒子の結合を促進するために、デキストランを添加した。この効果は高分子クラウディング効果と言われるが、金属微粒子と生体分子(この場合はVLP)の特異的な結合をクラウディング効果で成功させた初めての例である。本研究によってウイルス-金微粒子複合体が外部の光と共鳴するプラズモン共鳴体になりうることを証明できた。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 19655058
  • Preparation of Single Molecular Electronics Device based on DNA-Conductive Polymer Conjugate
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2007 - 2008
    IJIRO Kuniharu; NIIKURA Kkenichi; MATSUO Yasutaka
    高度情報通信社会を将来にわたって持続的に発展させるためには、電子デバイスの微細化と高性能化を低コストでさらに進めなければならないが、これは従来の半導体デバイスの延長線上では実現が困難であり、それに代わる新しいナノデバイスの開発が不可欠である。そこで本研究では単一分子で動作する極微細ナノデバイスの作製を目標として、DNAの自己組織化と無電解メッキを応用することで単一分子デバイスを作製する手法の開発を行った。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 19350106
  • Rapid Prototyping of Novel Optical Materials by using Self-organized Rapid Prototyping of Novel Optical Materials by using Self-organized Honeycomb-Patterned Polymer Films
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2006 - 2008
    SHIMOMURA Masathugu; IJIRO Kunihara; MATSUO Yasutaka; YABU Hiroshi
    本研究では、ボトムアップナノテクノロジ-のキ-技術である自己組織化によるナノ・ミクロ構造形成と、成熟した技術である無電解メッキを組み合わせることで、全湿式プロセスによるラピッドプロトタイピングが可能であることを示すことができた。また、マイクロメ-タ-スケ-ルの細孔を有するハニカム様多孔質フィルムが赤外領域でフォトニック結晶になりうることを確認しており、細孔径のサブミクロン化によって可視光領域でのフォトニック結晶が可能となる。金属化により、高屈折率化と力学強度にすぐれた材料が期待される。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), 18201019
  • メニスカスにおけるDNAの伸長ダイナミクスの解明
    科学研究費助成事業
    2005 - 2006
    居城 邦治; 新倉 謙一; 松尾 保孝
    これまで申請者は、DNA水溶液上にカチオン性の両親媒性化合物を展開し、静電的相互作用により気水界面に形成したDNA分子とのポリイオン複合膜をLangmuir-Blodgett(LB)法により、単分子膜に流動性を持たせた状態で固体基板上に移し取ると、溶液中ではランダムコイル形状であったDNA分子が伸長して固定化されることを見い出してきた。伸長・固定化された個々DNAA分子は長さ解析の結果、単一分子であることが明らかとなり、また二重らせんDNA鎖をほぼ伸び切り構造で2次元に配列することができることを示した。しかし、DNAが伸長するメカニズムは明らかになっていない。そこで研究では、これまで未開拓であったメニスカスにおける高分子鎖のダイナミクスの計測技術の開発を通じて、LB法によるDNAの伸長機構を明らかにすることを目的とした。
    DNAが気体・液体・固体の三相が交差するメニスカスにおいて伸長されることから、メニスカスでのDNA分子の運動を観察できる蛍光顕微鏡システムを構築した。このシステムを用いてDNA水溶液上にジアルキルアンモニウム塩(2C_<18>N^+2C_1)を展開することで気液界面に形成した2C_<18>N^+2C_1/DNAポリイオン複合単分子膜の観察を行った。その結果、糸まり状のDNAがメニスカス境界部分で数秒間滞留し、その後基板状に伸長した状態で固定化されていく様子が観察された。一方、溶液中のDNAはメニスカス部分で対流を行うだけで固定化されないことが分かった。一度固定化した伸長DNAを90度回転させて引き上げを行ったところ、部分的に強固な接着点が存在することが解明された。
    また、山形大学・佐野研究室との班内共同研究によって、Langmuir-Blodgett(LB)法により、DNA分子の伸長固定化を利用することで、これまで伸長・配向化が困難とされてきたカーボンナノチューブの伸長固定化を行った。DNAとカーボンナノチューブを水溶液中で混合し、DNAが巻き付いたカーボンナノチューブ複合体を作製し、これをLB法により固体基板上に伸長・固定化できることがわかった。
    日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 17034003
  • 自己組織化ハニカム構造体を用いた電界放出素子の開発
    科学研究費助成事業
    2004 - 2005
    下村 政嗣; 居城 邦治; 田中 賢; 藪 浩
    本研究の課題は、水滴を鋳型として自己組織的に形成されるハニカム状多孔質膜の上面を粘着テープ等で剥離することで、突起状の構造体を形成し、これをメッキすることにより、電界放出素子への応用を検討することにある。
    期間中にハニカム状多孔質膜の上面を剥離した後無電解メッキを行うことにより、銀等の金属からなるピラー状構造体が形成できることを見いだした。さらに無電会メッキの手法を応用することで、酸化亜鉛等の金属酸化物半導体をメッキできることを見いだした。これらの成果により特許を1報出願した。
    さらに、単なる金薄膜あるいは作製した金属ナノピラー構造と、金をスパッタリングしたITO基板とを、100〜200μm程度のギャップを空けて設置し、減圧した後、その間に1〜100Vの電圧を引加した時に、どの程度電流が流れるかを、微小電流・抵抗測定器によって測定したところ、薄膜の場合よりもピラー構造の場合の方が、約3倍程度電流が流れることを見いだした。この成果により、特許を1報出願した。
    以上の結果より、本研究課題の目標であった、自己組織化によるピラー構造の形成と、その金属化により、電界放出素子の作製の基本動作確認が出来た。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 16651074
  • Fabrication of Hierarchic DNA Nano-Array based on Stretched DNA
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2004 - 2005
    IJIRO Kuniharu; SHIMOMURA Masatsugu; TANAKA Masaru; NIIKURA Kenichi; MATSUO Yasutaka; YABU Hiroshi
    The DNA micro-array method is very important fundamental technique. For high-through put analysis, the high density and high degree of integration of a DNA array is required. However, the DNA spots density less than 20 mm cannot be achieved by using conventional photolithography and spotter. Therefore we attempted to develop DNA arrangement technology with 100 nm distance by the FISH (Fluorescence In-situ Hybridization) method based on a stretched single DNA molecule as a template for the DNA array.
    We demonstrated that oligonucleotides whose sequences were 40mer and overlapped by 20mer were formed multi-assemblies. The structural change from a linear to a circle was dependent on metal cations. This result suggested that we could design DNA structures by adding cations. In order to control the DNA structures, we investigated the concentration of cations to induce structural changes and sequences to interact with cations specifically. Four sorts of oligonucleotides, which contained A-tract or not, or A-tract position was different, were prepared. Each of the multi-assemblies provided different electrophoretic gel patterns in TE, TE containing Na^+ or Mg^<2+>. It concluded that metal ion changed the structure of DNA multi-assemblies from linear to circular forms.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 16310079
  • 新規に分子設計した生体適合性高分子の合成とバイオメディカルインターフェイスの構築
    科学研究費助成事業
    2003 - 2004
    田中 賢; 下村 政嗣; 居城 邦治
    Poly(2-methoxyethyl acrylate)(PMEA)表面は、細胞に対する活性化が軽微であり、表面に吸着したタンパク質の構造変化が小さいことを明らかにした。PMEA中の水の構造を調べたところ、-100℃からの昇温過程で水のコールドクリスタリゼーション(CC)に由来する発熱ピークが-40℃付近に観測された。一方、生体適合性の劣る高分子ではこのような水の存在は認められなかった。CCとして観測される中間水量が生体適合性に強く影響を及ぼしていることを見いだした。この中間水は、高分子表面の自由水と不凍水との界面に存在し、また、高い分子運動性を有するPMEA鎖に弱く束縛され、低温下でも分子運動性の高い水であることを明らかにした。また、PMEAと同様の中間水を有する生体適合性高分子:poly(tetrahydrofurfuryl acrylate)(PTHFA)、poly[2-(2-ethoxyethoxy)ethyl acrylate](PEEA)を新規合成した。PEEAおよびその類似体は下限臨界共溶温度を有することがわかった。さらに、高分子溶液を高湿度下でキャストするだけで、孔径の均一な多孔質薄膜が様々な生体適合性材料で作製できることを利用して、その多孔質薄膜の3次元構造制御に成功した。体内埋め込み型治療器具表面にもこの膜を作製することができた。多孔質薄膜表面に粘着テープを張って剥離することによって、剥離破断面(テープ側と基板側)にナノピラー構造を作製した。ナノピラー構造の前駆体となる多孔質薄膜の材質、孔径、膜厚や剥離方法を変えることで、突起の長さや太さ、間隔の制御が可能であった。これらの表面で神経系・消化器系・血管系細胞を培養したところ、正常細胞の増殖性や機能を上昇させることに成功した。一方、がん細胞の増殖性・細胞死を制御できることを見いだした。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 15650083
  • Development of planner polymer devices by using self-organization based on non-equilibrium phenomena
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2002 - 2004
    SHIMOMURA Masatsugu; IJIRO Kuniharu; TANAKA Masaru; YAMAMOTO Sadaaki; MATSUO Yasutaka; YABU Hiroshi
    We have studied the fabrication of planner polymer devices by using self-organization based on non-equilibrium phenomena. Honeycomb-patterned films from various kinds of functional polymers were prepared by casting polymer solutions under humid conditions. Water droplets were condensed onto the solution surface by evaporation cooling, and finally, the micro-porous polymer films were formed after complete evaporation of solvent and template water droplets. Polymer nano-particles were prepared by mixing a poor solvent into a polymer solution, and following evaporation of a good solvent, By using this method, various kinds of polymers including biodegradable, electron conductive, and electro-luminescence polymers were prepared. The particle size was controlled from tens nm to tens micrometer by changing the preparation condition (e.g. concentration of polymer solution, ratio between the poor solvent and polymer solution). Furthermore, we fabricated the hybrid structures of the honeycomb-patterned micro-porous film and functional nanoparticles by casting the water dispersion of nanoparticles onto the UV-Ozone treated honeycomb-patterned films. UV Ozone treatment change the surface properties of the honeycomb-patterned films from hydrophobic to hydrophilic. The polymer nanoparticles were embedded onto the pores of hoenycomb structures by capillary force.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), HOKKAIDO UNIVERSITY, 14205132
  • Characterization of Oriented Thin Films of DNA
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2001 - 2004
    OKAHATA Yoshio; MORI Toshiaki; KAWASAKI Takayashi; FURUSAWA Hiroyuki; IJIRO Kuniharu; KINJO Masataka
    Deoxyribonucleic acids (DNAs) are important as a source of biological information depending on their base sequences. DNA is also interesting as a molecular material that shows a long rod-like duplex structure with base-pair stacking-the base separation is 3.4 Å while the diameter of the duplex is about 20 Å, therefore appears to be a good candidate for one-dimensional energy transfer and conduction along the p electron clouds of the stacked bases.
    In this report, we summarize preparations of DNA-aligned Langmuir-Blodgett (LB) film and its anisotropic electron conductivity.
    The DNA aligned film was prepared as follows. On the aqueous solution of DNA from Salmon testes and intercalator (ethidium bromide), Langmuir monolayer of cationic lipids were prepared, and DNA-lipid complexes were transferred on a substrate. It was confirmed by polarized absorption spectra that DNA strands aligned along a dipping direction.
    The dc conductivity was measured by using an ammeter in atmosphere. When the DNA film was put on the comb-shaped electrode as DNA strands aligned perpendicularly to two Au electrodes, a large ohmic current was observed that increased linearly with increasing the applied voltage up to 0.1 V. On the contrary, when the film was put as DNA strands aligned parallelly to two electrodes, electric current was hardly observed even at the voltage of 0.1 v.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas, Tokyo Institute of Technology, 13132205
  • Fabrication of nano-devices of self-assembled semiconductor nano-particles based on DNA template
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2002 - 2003
    IJIRO Kuniharu; TANAKA Masaru; SHIMOMURA Masatsugu
    We have studied the fabrication of nano metal wires by the electroless plating of stretched DNA immobilized on a substrate as a template. A cationic amphiphile (dimethyldihexadecylammonium, 2C_<16>N2C_1) monolayer was spread on a Lambda DNA-Tris buffer solution mixed with fluorescence probe. YOYO-1 and excess platinum compounds (ex.cis-diamminedichloroplatinum). After the formation of a polyion complex monolayer at the air-water interface, dimethylammine borane was added to the subphase to reduce the platinum compound for catalyzing the electroless deposition of silver metal. The monolayer was compressed at 5mN/m and transferred on a glass substrate by the vertical lifting method It was confirmed that DNA was stretched and aligned along the dipping direction on the substrate by fluorescence microscopy. The substrate was immersed in a silver electroless plating solution to deposit silver metal on the substrate. AEM observation after the metallization procedure showed that thin lines (ca.50mm height and 50〜100mm width) were fabricated on the substrate. Electrical current mapping obtained by conductive AFM indicated that electric current was observed on the obtained line structure.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 14350480
  • Micro-fabrication of Tissue Engineering Scaffolds by photon and self-organization
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2001 - 2003
    TANAKA Masaru; SASAKI Keiji; IJIRO Kuniharu; SHIMOMURA Masatsugu; MATUSHITA Michiaki; TOUDOU Satoru
    The possibility to replace damaged or diseased organs with artificial tissues engineered from a combination of living cells and biocompatible patterned-scaffolds is becoming a reality through multidisciplinary efforts^1. Compared with light or electron beam lithography and bottom-up technologies using the self organization^2, the virtue of two-photon polymerization^3 as a tool for making microdevices lies in its three dimensional capability, which has found application in photonic devices and micromachines with feature sizes close to diffraction limit. The present studies describe the preparation of biocompatible patterned surfaces by two photon polymerization. Newly synthesized poly(2-methoxyethyl acrylate)^4 copolymers, which have biocompatibility and potocrosslinking moiety, as well as photo-initiators:trans-4-(P-(N-ethyl-N hydroxylethylamino)styryl)-N-methylpyridium-tetraphenyl borate, is transparent to an ultrashort-pulsed beam from a Ti:sapphire mode-locked laser (750-800nm, 8OMHz, 100fs) and allows it to penetrate deeply. The polymer can be poto-polymerized by using two-photon adsorption. After the pattern is completed, unreacted polymer is washed away with an metylethylketone. The fabrication parameters affecting the spatial resolution are investigated. The resolution can be controlled in the range from sub-μm to 5-μm by changing the laser-pulse energy (laser power), exposure time, polymer type, excitation wavelength, and scanning speeds. The biocompatible micro-patterned surfaces could be used for various medical devices, eg, implants, biosensor chip and cell-supported scaffolds.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 13558102
  • 環状DNAを用いた人工光合成系の構築
    2000 - 2003
    居城 邦治
    植物や細菌などの光合成では、光エネルギーがアンテナ複合体と呼ばれるタンパク質内で環状に並んだ色素分子に捕捉された後に、化学エネルギーへと変換されています。本研究では、(デオキシ)リボ核酸の持つ特異的な構造を利用して、色素分子が環状に並んだ人工アンテナ分子をつくることで、クリーンなエネルギー変換システムを可能とする人工光合成系の構築を目指します。
    科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進/戦略的創造研究推進事業/さきがけ, 7700000563
  • 塩基対形成で組織化したジアセチレンアレーによる単一分子ワイヤーの作製と導電性測定
    科学研究費助成事業
    2001 - 2002
    居城 邦治
    カーボンナノチューブやシクロデキストリンチューブやミセルの集合体などに見られるチューブ構造は、ナノメートルスケールで物質の輸送することができることから、大変注目されている。しかし、チューブ構造は長さがマイクロメートルに至るため、分子設計して全体を合成することは大変困難である。そこで環状構造体を積み重ねればチューブ構造が形成できると考えた。これまで我々は気水界面における核酸塩基対形成について研究を行ってきた。核酸塩基対の形成は相補的すなわち特異的であり、また方向性が制限されていることから、環状構造体の積み重ねの駆動力として使えると考えた。すなわち環状のオリゴヌクレオチドを用いることで塩基対形成によりチューブ構造が形成できると期待される。本申請の研究目的は、環状オリゴヌクレオチドを合成し、水溶液中や有機溶媒中において自己組織化によりチューブ構造を作製することである。交付期間内に環状オリゴヌクレオチドの合成法の確立とチューブ構造の作製条件を探索する。
    上記の目的に従って、本年度は下記のことを行った。
    1 環状オリゴヌクレオチドの合成
    液相法で環状オリゴヌクレオチドを合成した。リン酸基を保護したままヌクレオチドを伸張し、環化反応を行い、その後リン酸基の保護基をはずして目的物を得た。今年度は環状オリゴチミン4量体、環状オリゴチミン6量体、環状オリゴチミン8量体、環状オリゴチミン10量体を合成した。
    2 環状オリゴヌクレオチドの分子認識
    合成した環状オリゴヌクレオチドを含む下水相表面に、アデニン界面活性剤の単分子膜を作製し、環状オリゴチミンの塩基対形成について検討したところ、ワトソン-クリック型の塩基対が形成することがわかった。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 13875179
  • Development of DNA Detection Method using Photo-induced Electron Transfer
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2000 - 2001
    IJIRO Kuniharu; TANAKA Masaru; SHIMOMURA Masatsugu
    Double-stranded DNA is expected to show function as a molecular wire based on the π-electron array structure, so-called "π-ways", of stacked nucleic acid bases. DNA-mediated photo-induced electron transfer between electron donors and acceptors which are intercalated or bound to base pairs in polynucleotides has been investigated. We have reported that the amphiphilic intercalator, C_<18>AO^+, monolayer can be intercalated into DNA and other polynucleotides at the air-water interface and the composite monolayer with ordered DNA array can be transferred on the solid support.
    Here we report, DNA-mediated photo-induced electron transfer in the monolayers containing electron donor and acceptor at the air-water interface. Binary mixed monolayers (an amphiphilic donor, C18AO+ and cationic amphiphile, 2C18N+2C1) and ternary mixture (an amphiphilic acceptor C12BphC5V2+) were prepared on the aqueous subphases of double-stranded DNA, RNA and other anionic polymers.
    Pressure-area isotherms and fluorescence spectra were measured simultaneously at the air-water interface by Langmuir film balance equipping fluorescence microscope. Electron transfer quenching of C18AO+ fluorescence by C12BphC5V2+ molecule are clearly. Fluorescence quenching was enhanced by DNA and RNA, but not affected by synthetic anionic polymers. This phenomenon is observed only in the double-stranded DNA and RNA. Therefore hybridization of single-stranded DNA and RNA with complementary DNA and RNA can be detected by the photo-induced electron transfer through DNA and RNA combined with the ternary monolayer.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 12555225
  • Preparation of one-dimensional pi-electron system based on DNA-mimetics
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1999 - 2001
    SHIMOMURA Masatsugu; TANAKA Masaru; IJIRO Kuniharu
    DNA and DNA-mimetics are chosen for preparation of one-dimensional pi-electron systems with controlled nanostructure (chromophore arrangement, number of chromophores, chromophore orientation, etc.) because of their specific molecular recognition, controlled base sequence and molecular wight. Two types of Langmuir monolayers complexed with DNA molecules at the air-water interface were prepared for single DNA stretching and template polymerization of the DNA-mimetics, respectively. Single DNA molecule can be stretched on the solid surface when the ionic complex of a double-stranded DNA and a cationic monolayer was transferred slowly from water surface to the hydrophilic solid surface by using conventional Langmuir-Blodgett technique. The surface monolayer of the diacetylene containing nucleobase amphiphiles parepared as DNA-mimetics can form complementary hydrogen bonds with single stranded DNAs at the air-water interface. The single-stranded DNA molecule can act as a template of photopolymerization of the diacetylene groups in the DNA-mimetics. Combination of two methods will provide a new preparation strategy of single molecular devices having one-dimensional pi-electron system.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 11223202
  • 分子性機能材料・単一分子デバイスとしてDNAの新展開
    科学研究費助成事業
    2000 - 2000
    下村 政嗣; 岡畑 恵雄; 西 則雄; 居城 邦治; 田畑 仁; 大野 弘幸
    本調査は、核酸ならびに関連物質を分子性機能材料として新しく展開しようとしている生体機能関連化学、高分子化学、応用物理学、ならびに光化学の研究者と、単一分子検出を専門としている分光学、生物物理、物理光学の研究者が、核酸高分子の材料化の手法、構造評価、機能化について情報を交換し、DNAを分子情報と分子フォトニクスの機能をあわせもつ単一分子素子としての新しい展開の可能性を探るものである。核酸高分子を材料化しようとする試みは、分子組織化の技術と分子レベルでの構造観察技術の著しい展開を背景に、ここ数年、世界的に注目されはじめている。核酸高分子を機能性高分子としてとらえ、分子レベルで設計された分子性機能材料として展開するためには、LB法や自己組織化法などを用いて分子自身の組織化力を有効に利用して分子配列や配向制御を可能とする分子組織化技術や、レーザー光放射圧や原子間力などを用いた分子操作技術、などの発展が強く要求される。また、これらの技法を用いて作製した分子デバイスの分子レベルにおける構造評価には、走査型プローブ顕微などによる形態観察や分子間力などの物理パラメーターの測定、単一分子の分光学的測定が不可欠になる。このように、核酸高分子の分子レベルの組織化と構造評価法の開発は、学際的な共同研究によるアプローチを前提とした本調査によってはじめて可能となる。核酸の有する機能の最も特徴的なものは、きわめて選択性の高い塩基間での水素結合、インターカレーションと呼ばれる核酸塩基対間への物質の特異的な取り込み現象、などに基づく分子認識能である。本調査では、化学力顕微鏡による塩基配列の直接的な読みとり、インターカレーションを用いた塩基選択的な光化学反応など、分子認識機能に関する調査・検討を行った。また、最近、DNA中でスタックした塩基対を介した長距離電子移動の可能性が示され、注目を集めるとともに盛んな議論がなされている。本調査では、DNAならびにその類似物における高速な光物理化学現象と分子フォトニクス材料への展開を、光化学、単一分子分光学、などの立場から検討した。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 12895026
  • 近接場プローブ顕微鏡を用いた単一DNA分子のセンシング
    科学研究費助成事業
    1999 - 2000
    居城 邦治
    本研究の目的は、DNA分子1個のゲノムマッピングを、近接場プローブ顕微鏡を用いた蛍光観察で行うことにある。そのためには、蛍光標識された特異的オリゴヌクレオチドがハイブリッドした単一DNA分子を基板上に引き伸ばして固定化する新手法の開発、また超高感度での蛍光観察のための近接場プローブ顕微鏡へのフォトンカウンティング技術の応用が必要不可欠である。昨年度は、固体基板に引き伸ばして固定化されたDNA1分子に結合した蛍光標識プローブを調べるために、新たにフォトンカウンティングを装備した超高感度近接場プローブ顕微鏡を用いて、引き伸ばされたDNA1分子の蛍光像とDNA自身のトポグラフ像(表面の凹凸)を同時に測定した。本年度はこの手法を用いて単一DNA分子に結合した単一蛍光分子の蛍光像の測定を試みた。具体的には
    1)気水界面にて脂質-DNA複合体の単分子膜を形成させ、これをガラス基板に垂直引き上げ法により移し取りDNA試料を作製した。超高感度近接場プローブ顕微鏡により単一DNA分子の長さとDNAの分子量との関係を調べ、DNA一分子が完全に引き延ばされる条件を調べた。(居城邦治ら,高分子加工,50,33(2001))
    2)無蛍光標識二重らせんDNAを引き伸ばしてガラス基板に固定化し、FISH法を行い超高感度近接場プローブ顕微鏡で蛍光プローブの空間的位置を一分子レベルすなわちナノメーターレベルでの計測を試みた。しかし、現有のフォトカウンティングシステムでも単一蛍光分子からの蛍光信号を検出することは困難であった。今後は近接場プローブ顕微鏡の光検出部をより高感度なAPDに交換して引き続き実験を行う予定である。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 11750682
  • Hierarchical Mesoscopic Structures of Polymer Complexes
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1998 - 1999
    SHIMOMURA Masatsugu; NISHIKAWA Takehiro; KARTHAUS Olaf; IJIRO Kuniharu
    This study is cooperative research between physicists of the surface analysis and polymer chemists of thin film preparation. The purpose of this study is hierarchical structuring of the two-dimensional polymer complexes from nanometer to micrometer scale by using self-assembling and self-organization of molecules and molecular assemblies. Self-assembled monolayers of nucleobase amphiphile were preapered on gold surface. The formation of the complementary base pairing at the monolayer interface was observed by surface plasmon resonance technique. A honeycomb patterned film having bio-compatibility was prepared by the simple casting method. The two-dimensional topography of the patterned polymer thin film was observed as contrast image of the plasmon resonance microscope.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B)., HOKKAIDO UNIVERSITY, 10044051
  • 原子間力顕微鏡を用いた単一DNAの二次元導電性測定
    科学研究費助成事業
    1997 - 1998
    居城 邦治
    本研究の目的は、DNA分子の二次元導電性を測定することである。そのためには、DNA1分子を伸ばして固体基板に固定化する技術、さらに微少領域の二次元導電性を測定できる装置の開発、を行う必要がある。今年度は、1)単分子膜を鋳型とした伸び切り鎖DNAの基板への固定化、2)伸び切り鎖DNAの導電性AFM測定、について研究を行った。
    1) 単分子膜を鋳型とした伸び切り鎖DNAの固定化
    昨年度は、DNAとカチオン性両親媒性化合物である2C_<18>N+2C_1からなるポリイオンコンプレックスのクロロホルム溶液を、劈開した雲母基板上にキャストすることで、DNA数分子が伸ばされ束になったナノ細線を作製することができた。しかし、このときDNA鎖は両親媒性化合物で覆われているために、新たに開発した導電性AFMでは光導電性を測定することができなかった。そこで裸のDNA分子を固定化するために新たに単分子膜を鋳型とした方法を開発した。DNA水溶液上に2C_<18>N+2C_1を展開して単分子膜を作製した。2Cs_<18>N+2C_1はカチオン性なのでアニオン性のDNAと気水界面で静電的に吸着する。下水相のDNA濃度を希薄にして、単分子膜をガラス基たに垂直浸漬法で移し取ると、伸びたDNA分子が二次元に孤立した状態で固定化されることが、蛍光プローブを用いた蛍光顕微鏡観察でわかった。移し取るときの単分子膜とガラス表面との間の水が流動するときにDNA分子が配向・延伸したものと考えられる。
    4) 伸び切り鎖DNAの導電性AFM測定
    今回開発した手法によって作製した伸び切り鎖DNA分子の光導電性を、昨年度に開発した導電性AFMを用いて測定した。しかし、DNA分子に沿った光導電性を映像化することができなかった。おそらくDNAに流れる電流量が小さすぎるためと考えられる。現在、導電性AFMの電流測定の感度を上げることを試みている。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 09750862
  • Immobilization of DNA for Single Molecule Detection
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1997 - 1998
    SHIMOMURA Masatsugu; NISHIKAWA Takehiro; KARTHAUS Olaf; IJIRO Kuniharu
    Double-helical DNA is a supramolecular architecture composed of complementary base-pairings of adenine-thymine and cytosine-guanine based on specific hydrogen bonding, and carries genetic information. Due to the stacking interaction of p-electrons at the ground states of the base-pairs, DNA can act as a p-electron medium for the photoinduced electron transfer. Toward the single molecule detection of DNA by using a novel optical technique based on the combination of near field optics and photoinduced electron transfer, polynucleic acids have been immobilized as two-dimensional molecular assemblies or single molecule by means of the specific intermolecular interaction at the air-water interface. DNA, having phosphate groups in its backbone, was assembled with counter charged amphiphiles and fixed as a polyion complex monolayer at the air-water interface. We have investigated the effect of DNA on the fluorescence lifetime of a binary component monolayer of an acridine amphiphile and a cationic double chain amphiphile. Strong fluorescence quenching was found when polyG polyC was dissolved in a water subphase. Static quenching of acridine fluorescence, probably due to the electron transfer from guanine base, is occurred because the fluorescence life-time is not so reduced as fluorescence intensity. The photoinduced electron transfer to an ITO electrode was measured by an electrochemical method. Anodic photosensitized current of the amphiphilic acridine dye is enhanced by the complex formation with polynucleic acids. PolyG polyC, whose guanine base is assumed to be *idized by the excited state of the acridine moiety, is most effective for photocurrent generation. By using the simple casting method we have prepared mesoscopic stripe pattern of DNA on a mica substrate. An aqueous DNA solution mixed with/without an aqueous alginic acid solution was dropped onto a fleshly cleaved mica surface and dried by heating up to ca. 80゚C.The mesoscopic lines parallel to the receding direction of the solvent were observed in the cast film. When alginic acid were added in the aqueous DNA solution, more regularly aligned stripe patterns were obtained. Height of those lines was below 10 nm.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 09304070
  • DNAで分子エレクトロニクス素子をつくる
    1994 - 1997
    居城 邦治
    巨大分子である二重鎖DNAの単分子膜を気液界面に形成させることにより、高い秩序構造を持った場を創り出し、電荷移動錯体等を配向、配列させて、特異な光機能を有する超分子システムの構築を目指します。
    科学技術振興機構, 戦略的な研究開発の推進/戦略的創造研究推進事業/さきがけ, 7700000279
  • DNA微量分析のための走査型化学力顕微鏡の開発
    科学研究費助成事業
    1996 - 1996
    居城 邦治
    本研究では、DNAの1分子内の塩基配列を調べるために、AFMのプローブ(探針)の先端を塩基対と結合するよう化学修飾して、特異的な水素結合を調べられるような走査型化学力顕微鏡(SCM)を開発することを目的とした。ここでは走査型化学力顕微鏡(SCM)の動作確認を単純化した系で行った。基板表面およびAFMのプローブ表面が親水的もしくは疎水的の場合、プローブに動く力がどうなるのかをフォースカーブにより調べ、そのマッピングを試みた。
    1.AFMのプローブをアルカンチオールで修飾するために、プローブ表面をクロム次いで金を蒸着装置にて被覆した。電子顕微鏡観察により10個に2個の割合でプローブ先端まで被覆されることがわかった。
    2.金で被覆されたプローブをアルカンチオール溶液に浸し自己組織膜を形成させ、プローブ表面を疎水化した。
    3.親水的な基板として劈開した雲母を用い、疎水的な基板としてポリスチレンキャストフィルムを用いた。裸の金表面を持つプローブでは親水性、疎水性基板ではフォースカーブに差はなかった。それに対して疎水化処理したプローブでは異なるフォースカーブを得られた。すなわち、疎水化プローブと疎水表面とは吸着力(化学力)は弱いのに対して、親水表面では強いことがわかった。
    4.ポリスチレン微粒子(疎水性)が雲母基板上(親水性)で点在する試料を作製した。これを疎水化プローブで、256×256点で1ポイントごとにフォースカーブを測定し、トポグラフィーおよび吸着力のマッピングに成功した。ポリスチレン微粒子はトポ像では山のように見えるものの、吸着力が雲母表面に比べ弱いことから吸着力のマッピングでは低く見えた。
    以上の結果より、プローブと基板表面間の特異的な化学力(吸着力)を測定することで、相補的な水素結合による化学種の検出、すなわちDNAの塩基配列の読み出しが可能であるとが示された。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 08750936
  • 水晶発振子と高感度蛍光顕微鏡を組み合わせた単分子DNA電気泳動法の研究
    科学研究費助成事業
    1995 - 1995
    居城 邦治
    本研究では、DNAの分子量を測定する方法として、新たに水晶発振子と高感度蛍光顕微鏡を組み合わせたDNA1分子の電気泳動の超微量直接観察法を開発することを目的とした。今年度の実験では、高感度蛍光顕微鏡によるDNAの超微量直接観察法の確立と水晶発振子への電気泳動用電極の加工法の検討を行った。
    1.カチオン性界面に固定化されたDNA分子の電気泳動を確認するために、ガラスを基板とした、くし形電極上に、カチオン性脂質ジオクタデシルジメチルアンモニウムブロマイドの気水界面単分子膜1層をラングミュアー-ブロジェット法により累積した。
    2.1kbpから100kbpのDNAフラグメントの希薄水溶液から、修飾くし形電極上に静電相互作用によりDNAを固定化した。
    3.固定化しDNA孤立分子を、蛍光色素YOYOで染色して、画像処理装置を組み合わせた高感度蛍光顕微鏡で観察した。さらに原子間力顕微鏡による観察も行った。
    4.くし形電極に数ボルトから数十ボルトの静電圧を印可して、DNA分子の陽極への移動を観察した。水溶液の塩強度およびpHを種々変化させてもDNA分子の移動は観察されなかった。おそらく、単分子膜表面の4級アンモニウムとDNAのリン酸の結合が強すぎるためと考察される。そのためDNAの界面への結合を弱くする、例えば、単分子膜に非イオン性脂質を添加してカチオン密度を下げる、もしくは4級アンモニウム塩脂質の代わりに1級アミン脂質を使用する、ことが改善策として期待される。
    5.水晶発振子上に、電気泳動用電極を金のスパッタリング法により作製を試みた。しかし、このために入手した水晶発振子基板の直径が、1.5cmと小さかったために電気泳動用電極の作製は困難であった。スパッタリング法による電極作製には直径は3cm以上必要であることがわかった。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 07855112
  • 核酸-脂質複合体への蛍光色素取り込みを利用した相補的塩基対形成の高感度検出
    科学研究費助成事業
    1994 - 1994
    居城 邦治
    本研究の目的は、水面上にジアルキル型脂質と長鎖アルキル基を持つ一本鎖DNAからなる核酸-脂質複合体を作製すること、および、水相に添加した相補的なDNAとの塩基対形成を、二重鎖DNAに特異的にインターカレートされる色素からの蛍光発光を利用することで高感度に検出しようとすることにある。
    1.核酸-脂質複合体として、一本鎖DNAの最小単位の一つである塩基シトシンに長鎖アルキル基を導入したオクタデシルシトシンを新規に合成した。
    2.水面上でのインターカレーションを観察するために、色素インターカレーターであるアクリジンオレンジに長鎖アルキル基を導入したオクタデシルアクリジンオレンジを新規に合成した。
    3.アデノシン、シチジン、ウリジン、グアノシンをそれぞれ添加した水相上にオクタデシルシトシンの単分子膜を作製して、表面圧-面積曲線を測定した結果、水相にグアノシンが存在するときのみ安定な単分子膜の形成が確認できたことから、水面上での核酸-脂質複合体のシトシンと水相中のグアノシンとの塩基対形成が示唆された。
    4.核酸-脂質複合体にオクタデシルアクリジンオレンジを混合させ、水面上での蛍光顕微鏡観察を行ったところ、グアノシン水溶液上では緑色発光が認められ、水面上で形成された塩基対間へのアクリジンオレンジのインターカレーションが確認された。
    以上の結果より、インターカレーションによる蛍光発光を利用した水面上での塩基対形成の検出は可能であることがわかった。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 06854039
  • 脂質分子膜被覆酵素の有機溶媒中での触媒作用とその薄膜化
    科学研究費助成事業
    1991 - 1992
    岡畑 恵雄; 居城 邦治
    研究目的 本研究の目的は、酵素の表面を脂質膜で被覆することにより酵素機能を改変し、有機溶媒中での不斉エステル合成触媒として利用したり、薄膜化酵素を作ることにある。
    研究成果の概要 1)エステラーゼやプロテアーゼなどの酵素水溶液と糖親水基をもつ合成ジアルキル脂質の水分散液を混合して、析出した白色の沈澱を集めて凍結乾燥して酵素ー脂質複合体を得た。
    2)得られた酵素ー脂質複合体をイソオクタンなどの有機溶媒に溶かし、これに種々のカルボン酸と不斉アルコールあるいは不斉アミンを加えて室温度で不斉選択エステル化、アミド化反応を行なった。反応は設備備品として初年度に購入したインキュベーターを用いて行なった。その結果、脂質修飾リパーゼは1ーPhenylethanolのRー体を不斉選択的にエステル化することがわかった。
    3)酵素の由来や有機溶媒の種類、基質の化学構造を系統的に変化させたところ、酵素の由来により基質選択性や有機溶媒中での安定性が大きく異なることがわかった。すなわち、酵素の由来や用いる有機溶媒の極性を変化させることにより、基質選択性や不斉選択性が制御できることがわかった。
    4)酵素としてオキシゲナーゼやヒドロゲナーゼを用いて酵素ー脂質複合体を作製し、有機溶媒に溶かして水面上に展開し、LangmuirーBlodgett(LB)法を用いて白金電極上に1-2層累積した。水溶液中に基質を加えたときの選択的酸化還元反応を電気量から追跡したところ、酸化還元反応の応答性が高いことがわかった。
    日本学術振興会, 一般研究(B), 東京工業大学, 03453116
■ Industrial Property Rights
  • PARTICLE AGGREGATE, MANUFACTURING METHOD FOR PARTICLE AGGREGATE, FLUORESCENCE ENHANCING ELEMENT, AND DEVICE USING PHOTOCHEMICAL REACTIONS
    Patent right, NATIONAL UNIVERSITY; CORPORATION; HOKKAIDO UNIVERSITY; IJIRO KUNIHARU; NIIKURA KENICHI; IYO NAOKI; NISHIO TAKASHI
    特願2012JP054279, 22 Feb. 2012
    特開WO 2012/115151
  • PROCESS FOR PRODUCING PATTERNED SUBSTANCE
    Patent right, IJIRO Kuniharu
    特願PCT/JP2006/320806, 19 Oct. 2006
    特開WO2007049494, 03 May 2007
    WO2007/049494
  • METHOD FOR PRODUCING TRANSPARENT ELECTRODE USING DNA
    Patent right, IJIRO Kuniharu
    特願2005-024545, 31 Jan. 2005
    特開2006-207010, 10 Aug. 2006
    特開2006-207010
  • 周期的な構造が形成された樹脂フィルムの製造方法
    Patent right
    特許公開2008-296502
  • 3次元構造が形成された樹脂フィルムの製造方法
    Patent right
    特開2008-296481
  • 銀微粒子と核酸の複合体及びその製造方法
    Patent right
    特開2008-224274
  • 目的物質の核内送達用ベクター
    Patent right
    WO2007/102481
  • 炭素構造体の製造方法及び炭素構造体、並びに炭素構造体の集合体及び分散体
    Patent right
    特開2007-169148
  • 生体適合性および高体積変化能を有する組織体ならびにその作製方法
    Patent right
    特開2006-204813
  • 光記録媒体及び光多重記録方法
    Patent right
    特開2005-209330
  • DNAの無電解メッキによる金属細線構造の構築
    Patent right
    特開2005-120450
  • DNA一分子の特異的塩基配列検出法
    Patent right
    特開2004-283098
  • 環状DNAの伸長固定化法
    Patent right
    特開2004-147537
  • 有機超薄膜とその累積体並びにその製造方法
    Patent right
    特開2004-099741
  • DNA分子の伸長固定化方法
    Patent right
    特開2003-135062