Tani Hirofumi

Faculty of Engineering　Applied Chemistry　BiotechnologyAssociate Professor
Institute for the Advancement of Graduate EducationAssociate Professor
Institute for the Advancement of Higher EducationAssociate Professor
Last Updated :2026/01/07

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Research Keyword

  • マイクロ分析システム
  • 生物発光・化学発光
  • 生物計測化学
  • Micro Total Analysis Systems
  • Bio-Chemiluminescence
  • Bioanalytical Chemistry

Research Field

  • Nanotechnology/Materials, Nano/micro-systems
  • Nanotechnology/Materials, Nanomaterials
  • Nanotechnology/Materials, Analytical chemistry

Educational Organization

■Career

Committee Memberships

  • 2006 - 2007
    日本分析化学会, 学会誌編集委員, Society
  • 1999
    日本分析化学会, 北海道支部幹事, Society

■Research activity information

Papers

Other Activities and Achievements

Books and other publications

  • バイオ医薬の開発技術とシーズ　　　　　　　　　　　　　　　
    シーエムシー出版, 2009
  • Microchip-based Assay Systems, Methods and Applications　　　　　　　　　　　　　　　
    Humana Press, 2007
  • 水の分析(第5版)　　　　　　　　　　　　　　　
    化学同人, 2005
  • リポソーム応用の新展開～人工細胞の開発に向けて～　　　　　　　　　　　　　　　
    エヌ・ティー・エス, 2005
  • 演習で学ぶ環境　　　　　　　　　　　　　　　
    三共出版, 2002
  • 環境の化学分析　　　　　　　　　　　　　　　
    三共出版, 1998

Affiliated academic society

  • 生物発光化学発光研究会　　　　　　　　　　　　　　　
  • 日本工学教育協会　　　　　　　　　　　　　　　
  • アメリカ化学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • 日本化学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • 日本分析化学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • American Chemical Society　　　　　　　　　　　　　　　
  • JAPAN CREATIVITY SOCIETY　　　　　　　　　　　　　　　
  • THE SOCIETY FOR CHEMISTRY AND MICRO-NANO SYSTEMS　　　　　　　　　　　　　　　

Research Themes

  • Development of high performance paper devices and its application development
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2020 - 31 Mar. 2023
    渡慶次 学, 谷 博文
    本研究では、①分析性能の高い紙デバイスの研究、②免疫分析デバイスの開発、③細胞アッセイ及び細胞分離デバイスの開発、④教育ツール用デバイスの開発に取り組む。本年度は、この中の①、②、④に取り組んだ。
    ①双極性障害の治療薬であるリチウム製剤の血中濃度測定をモデル系として、高性能紙デバイスシステムを構築した。血漿分離と血漿中のリチウムイオンの検出を性質の異なる紙を利用することで、わずか1滴（20マイクロリットル）の試料量で1分以内に測定することに成功した。検出性能は、遠心分離と吸光光度計による従来法と同等であった。
    ②競合免疫分析が可能な3次元紙デバイスを開発した。流路を3次元化することで流路長を短くすることが可能となり、アッセイ時間を短縮することができた。デバイスは3層構造になっており、反応領域と検出領域を別の層にすることで、分析性能を向上させることができた。さらに、非競合免疫分析の酵素免疫分析法（ELISA）の基礎検討も実施した。
    ③紙デバイスは、安価で簡便ということから、教育ツールとして適している。しかし、濃度定量するためには、マイクロピペットによる試料導入が必要である。そこでマイクロピペット等を用いずに、サンプルに浸漬するだけで、サンプル中の測定対象の濃度を定量できる紙デバイスを開発した。アスコルビン酸とpHの同時測定が可能なデバイスを開発し、測定結果の浸漬時間依存性を評価したところ、測定結果は浸漬時間（3秒から1分）に依存しないことも確認した。測定性能も従来法を同等であることを確認した。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 20H02760
  • Development of next-generation diagnostic chip and its application to clinical diagnosis
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    31 May 2012 - 31 Mar. 2015
    TOKESHI Manabu, YUZAWA Yukio, AKIYAMA Shinichi, TANI Hirofumi, ISHIDA Akihiko
    We developed a diagnostic chip with a five biomarker panel for diabetic nephropathy. The biomarker panel of MCP-1, L-FABP, Angiotensinogen, CTGF, and Collagen IV was adopted for diabetic nephropathy. With standard and patient samples, we evaluated the performance of the panel diagnostic chip. For the detection of biomarkers, we confirmed the chip provides rapid analysis (total assay time of 12 min) with high sensitivity and it uses small volumes of the sample and reagent (0.5 μL each), and the obtained results correlated with that of conventional ELISA.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 24245013
  • The development of nanor eactor for high sensitive chemi luminescence analysis by using liposomes
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2006 - 2007
    KAMIDATE Tamio, TANI Hirofumi, ISHIDA Akihiko
    Horseradish peroxidase (HRP) -encapsulated liposomes were prepared by freeze-thawing method. The number of HRP molecules trapped in liposomes was three times greater than that prepared by extrusion method HRP trapped in liposomes was directly detected by using luminol chemiluminescence (CL) with H_2O_2 without lysis of liposomes. The CL measurement conditions in both a lipid-free bulk solution and in liposomes were optimized in the concentrations of luminol and H_2O_2 by measuring the CL response curves, in which only one peak appeared and the CL intensity was maximal. The CL intensity observed in HRP-catalysed luminol CL in liposomes was a factor of seven greater than that observed in a lipid-free bulk solution. The detection limit in the direct detection of HRP encapsulated in liposomes was sensitive by a factor of 3 compared with that in HRP-catalysed luminol CL in a lipid-free bulk solution. In addition, HRP-trapped liposomes were combined to antibody in order to apply HRP-trapped liposomes to the marker in immunoassay. The CL intensity observed in antibody combined HRP-trapped liposomes was greater 125 times that in antibody combined HRP by avidin-biotin bond.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 18350037
  • 3次元微小流体ネットワークを用いたバイオアッセイシステムの構築
    科学研究費助成事業
    2005 - 2006
    谷 博文
    本年度は,変異原物質に応答してルシフェラーゼを発現する試験大腸菌株を用いて生物発光オンチップバイオアッセイを試みた。昨年度に確立した分析フォーマットによりマイトマイシンCなどの各種変異原物質に適用したところ,変異原の強さならびに濃度に応じた生物発光をチップ上から一斉に検出することが可能となった。また,大腸菌をチップに固定化した場合の保存安定性について,生物発光強度ならびに応答比の観点から検討を行った。固定化する菌体濃度およびアガロース濃度に関して最適化された条件下で検討した結果,本チップは4℃にて最大16日間保存可能であることが分かった。一方,培地成分をアガロースに添加した場合,試験菌を30日以上保存可能であることが分かった。しかし,本法で利用するホタル生物発光に対して培地成分による強い阻害効果が見られ,発光強度が大きく減少する結果となった。したがって,試験菌株のレポータータンパク質をホタルルシフェラーゼから培地成分による阻害を受けない発光触媒酵素に変換することでより長期問の保存が可能になるものと期待される。生体内での代謝により変異原性を発現する物質(前変異原物質)について本オンチップアッセイにより検出可能か検討した。前変異原物質にはTrp-P-2を用い,代謝活性化には齧歯類の代謝酵素を含むS9画分を使用した。Trp-P-2とS9を予め混合して代謝活性化を行い,試験菌を固定化したチップに導入した結果をFig.に示す。S9で処理したTrp-P-2を導入したチップからのみ発光が見られた。また,発光応答比は2を超え,Trp-P-2濃度に依存する結果が得られた。このことから,本アッセイを前変異原物質に対して適用可能であることが示された。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 17750063
  • 化学発光速度を指標とするリポソームの膜透過性の評価法の開発
    科学研究費助成事業
    2005 - 2006
    上舘 民夫, 谷 博文, 石田 晃彦
    1.エオシンYを用いる膜透過性の評価
    リボソームの内水相にペルオキシダーゼ(POD)を封入し、その外水相にエオシンYと過酸化水素を添加すると、エオシンYと過酸化水素は迅速に膜を透過し、内水相においてPODを触媒とする化学発光反応が進行した。そこで、リン脂質であるフォスファチジルコリンに対して30〜45%のコレステロール含量を有するリボソームにPODを封入し、発光応答曲線を測定した。その結果、コレステロール含量が増大するほど発光初期速度は減少した。この結果から、エオシンYの発光初期速度が膜透過性を反映することがわかった。
    2.ピレン法による膜流動性の評価
    コレステロール含量が増大するほど発光初期速度は遅くなる原因として、コレステロール含量が増大するほどリボソームの膜流動性が減少することが考えられる。そこで、30〜45%のコレステロール含量を有するリボソームに蛍光プローブであるピレンを加え、膜流動性を評価した。その結果、コレステロール含量が増大するほど、膜流動性が減少した。したがって、エオシンYの発光初期速度を用いる方法が膜透過性の評価法として利用できることが明らかになった。
    3.膜透過性の速度論的解析
    リボソーム内へのエオシンYと過酸化水素の透過と化学発光反応を考慮して、発光初期速度を表す速度式を解析した。その結果、発光初期速度は膜透過速度定数、反応速度定数および基質初濃度で表された。また、反応速度定数および基質初濃度が一定のとき、発光初期速度は膜透過速度定数に比例することがわかった。エオシンYの膜透過速度定数を求めたところ、3.02x10^<-3> s^<-1>の値になった。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 17655028
  • The investigation for high sensitive chemi luminescence method using nanoreactor as a marker
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2003 - 2004
    KAMIDATE Tamio, TANI Hirofumi, ISHIDA Akihiko
    Liposomes encapsulated horseradish peroxidase(HRP) were prepared for applying the inner water phase in liposome to the nanoreactor for HRP-catalyzed chemiluminecence(CL) reaction. Phosphatidylcholine(PC), phosphatidylglycerol dimyristoyl(DMPG) and cholesterol were used as a component for liposome. The mole % of PC : DMPG : Chel was 8:1:1. The HRP-trapped liposome was prepared by extrusion method with polycarbonate filter. Homogentisic acid γ-lactone(HAL) and luminol were used as a CL reagent for the determination of horseradish peroxidase (HRP) encapsulated in liposomes. HRP was detected after the lysis of HRP-trapped liposomes with Triton X-100. CL response rate, detection limit and linear range of calibration curve for HRP in HAL CL were compared with those in ρ-iodophenol (ρ-IP) enhanced luminol CL. Maximal light emission in HAL CL appeared more rapidly compared to that in ρ-IP enhanced CL methods, thus resulting in remarkable reduction of CL measurement time. The detection limit for HRP in HAL CL was the same as that in ρ-IP enhanced lnminol CL. The linear range of calibration curve for HRP in HAL CL was improved by factors of 50 compared with that in ρ-IP enhanced luminol CL. From these results, it was found that HAL CL were superior to ρ-IP enhanced luminol CL for the determination of HRP encapsulated in liposomes.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 15350038
  • 環境応答型分子集合体を導入した化学発光検出用マイクロDNA分析システムの開発
    科学研究費助成事業
    2001 - 2002
    谷 博文
    本年度は,DNAのハイブリダイゼーションに及ぼす会合性高分子の影響について検討した.温度感応型会合性高分子の末端にチオール基を導入し,プローブDNAと同時にシリコン基板に蒸着した金表面上に固定化した.この会合性高分子は加温するとコンパクトに折り畳まれ,冷却すると再び伸長する.したがって,プローブDNAとのアニールに必要な温度に冷却したとき立体的々にハイブリダイゼーションを阻害することが期待される.そこで,これまで行ってきた化学発光法によりハイブリダイゼーション効率ならびに選択性について会合性高分子の影響を検討した.しかしながら,会合性高分子の共存によりDNAの固定化量が大きく低下し,完全に相補性のあるDNAとのハイブリダイゼーションを検出することができなかった.そこで,分子量のより小さい高分子を使用したところ,DNAの結合量が増加し,ハイブリダイゼーションの検出が可能となった.諸条件についてさらに検討し,会合性高分子の相転移温度前後でのハイブリダイゼーションの量を比較したが,顕著な違いは見られず,また相補性の違いを識別することはできなかった.これらの結果から,会合性高分子の同時固定化によるDNAのハイブリダイゼーションの制御が困難であることが明らかとなった.今回の場合,DNAと環境応答型の反応制御を別々に使用したが,例えば両者を結合させたプローブDNAを用いることによりハイブリダイゼーションの制御が可能になるものと考える.一方,会合性高分子共存下における化学発光については,フルオレセインやジブロモフルオレセインを発光基質に用いたところ,相転移温度前後での発光量の顕著な変化が見られた.これにより,会合性高分子を用いた化学発光反応の制御が可能であることが明らかとなった.
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 13750745
  • The investigation of chemiluminescence reaction in the micro reactor and its application to the detection in micro analytical system
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1999 - 2000
    KAMIDATE Tamio, TANI Hirofumi
    Three types of micro flow reactors with different length and width of channel were made by microfabrication techniques for the chemiluminescent (CL) detection of epinephrine (EP) with lucigenin. The volume of each CL reactor was about 10 μl. A solution containing EP and lucigenin and a solution containing NaOH and periodate were injected successively into each inlet of the CL reactor in the range from 20 to 100 μl min^<-1> with a pressure-driven flow system. The intensity of light emission was dependent on geometry of the CL reactors. These results could be explained on the basis of the difference in diffusion and mixing of the reactants in the CL reactors. The maximum light emission were linearly correlated with the concentrations of EP over the range from the detection limit of 5.0x10^<-8> M up to 5.0x10^<-6> M on the use of the CL reactor with the most promising geometry. In addition, we have investigated the enhanced CL reactions for applying to the micro analytical system.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B)., HOKKAIDO UNIVERSITY, 11450319
  • 生物・化学発光反応を用いた高性能分析法の開発とマイクロ分析システムへの応用　　　　　　　　　　　　　　　
    1999
    Competitive research funding
  • Development of High-performance bioanalytical systems based on Bio- and Chemiluminescence and Their Application to uTAS　　　　　　　　　　　　　　　
    1999
    Competitive research funding
  • ミセル水性二相分配法を用いたタンパク質の高性能分離法の開発
    科学研究費助成事業
    1997 - 1998
    谷 博文
    1. エチレンオキシド(EO)とプロピレンオキシド(PO)からなる両親媒性高分子(Pluronic)ミセル水溶液の二相分配系におけるタンパク質の抽出挙動を調べた.また,抽出に及ぼすイオン界面活性剤の添加の影響についても検討した。PluronicにはEOとPOの配列が異なるL61と25R2の二つのタイプを用いた。L61の系では,疎水性タンパク質が抽出された。この系にタンパク質と電荷が同符号のイオン界面活性剤を添加すると抽出は抑制され,逆に異符号のとき抽出は促進された.これは,界面活性剤相においてL61とイオン界面活性剤が荷電混合ミセルを形成し,タンパク質と静電的相互作用をしたためと考えられる。一方,25R2の系においては,サイズの大きな疎水性タンパク質は抽出されなかった。また,タンパク質と電荷が異符号のイオン界面活性剤を添加しても,抽出は促進されなかった。これは,25R2ミセルがネットワークを形成し,タンパク質に対して排除効果が働くためと考えられる.したがって,本二相分配系においては,タンパク質の電荷ならびにサイズが抽出を制御していることを明らかにした.
    2. 昨年度までにTritonX-114/硫酸デキストランミセル水性二相分配系が肝ミクロゾーム(Ms)中のチトクロムb_5(b_5)の選択的抽出に優れた系であることを明らかにした。本年度はこの二相分配系を用いてブタ肝Msからb_5の精製を行った。ボリマー濃度,pHならびにイオン強度などの抽出条件を検討した結果,わずか3回の繰り返し抽出を行うことで,SDS-電気泳動において単一のバンドになるまでb_5を精製することができた。従来法では,同程度の精製度を得るのに数日から数週間を要していたのに対して,本法はわずか数時間の作業で精製を行うことが可能であった。したがって,本二相分配法を用いたb_5の迅速な精製法を確立することができた。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 09750884

Industrial Property Rights

  • 細胞中ATPの定量法　　　　　　　　　　　　　　　
    Patent right
    特開2005-245342
  • オンチップバイオアッセイ方法及びキット　　　　　　　　　　　　　　　
    Patent right
    特開2005-46121

syllabus

  • 応用生物化学（生物分析化学）, 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • グローバルマネジメント特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 企業と仕事特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：複合領域, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：複合領域, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：複合領域, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：複合領域, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目（教育プログラム）：新渡戸カレッジオナーズプログラム大学院カリキュラム, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 大学院共通授業科目（教育プログラム）：新渡戸カレッジオナーズプログラム大学院カリキュラム, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • マイクロ・ナノ化学, 2024年, 修士課程, 総合化学院
  • 大学院共通授業科目（一般科目）：自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • グローバルマネジメント特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 企業と仕事特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 英語演習, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 化学英語, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 分析化学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 応用化学学生実験Ⅰ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 分析化学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 工学部