居城 邦治 (イジロ クニハル)

電子科学研究所 生命科学研究部門教授
附属社会創造数学研究センター教授
Last Updated :2025/07/05

■研究者基本情報

学位

  • 工学博士, 東京工業大学

Researchmap個人ページ

研究キーワード

  • 超分子化学

研究分野

  • ナノテク・材料, ナノ構造化学

担当教育組織

■経歴

経歴

  • 2004年03月 - 現在
    北海道大学, 電子科学研究所, 教授
  • 2022年08月 - 2025年07月
    国立陽明交通大学(台湾), 客員准教授, 台湾
  • 2021年04月 - 2025年03月
    北海道大学, 電子科学研究所, 所長
  • 2007年11月 - 2024年03月
    理化学研究所, 客員主幹研究員
  • 1998年04月 - 2004年03月
    北海道大学, 電子科学研究所, 助教授
  • 2000年12月 - 2003年09月
    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
  • 1999年07月 - 1999年10月
    文部科学省在外研究員 Max Planck Institut für Polymerforschung
  • 1994年12月 - 1999年10月
    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
  • 1994年04月 - 1998年03月
    北海道大学, 電子科学研究所, 講師
  • 1993年01月 - 1994年03月
    フンボルト財団 Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 客員研究員
  • 1992年04月 - 1994年03月
    東京工業大学, 生命理工学部, 助手
  • 1991年04月 - 1992年03月
    日本学術振興会, 特別研究員(PD)
  • 1990年04月 - 1991年03月
    日本学術振興会, 特別研究員(DC)

学歴

  • 1988年04月 - 1991年03月, 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 博士課程
  • 1986年04月 - 1988年03月, 東京工業大学, 大学院理工学研究科, 修士課程
  • 1982年04月 - 1986年03月, 東京工業大学, 工学部

委員歴

  • 2004年04月 - 現在
    社団法人高分子学会北海道支部幹事, 学協会
  • 2024年04月 - 2026年03月
    バイオミメティクス研究会 第37期運営委員
  • 2025年03月 - 2026年02月
    2025年度日本化学会北海道支部 副支部長, 学協会
  • 2024年10月 - 2025年03月
    戦略的創造研究推進事業(CREST)領域中間評価専門委員, その他
  • 2014年07月 - 2024年03月
    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, 学協会
  • 2012年10月 - 2024年03月
    ISO/TC266バイオミメティクス国内審議委員会 委員, 学協会
  • 2002年04月 - 2024年03月
    社団法人高分子学会バイオ・高分子研究会運営委員, 学協会
  • 2022年10月 - 2023年03月
    国立研究開発法人科学技術振興機構 追跡評価専門委員, その他
  • 2021年09月 - 2022年03月
    高分子学会 2021学会賞選考委員会, 学協会
  • 2018年09月 - 2022年03月
    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」, 自治体
  • 2020年10月 - 2021年03月
    高分子学会 2020学会賞選考委員会, 学協会
  • 2019年06月 - 2020年03月
    日本化学会 2019学会賞選考委員会委員, 学協会
  • 2016年03月 - 2020年03月
    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, 学協会
  • 2004年04月 - 2020年03月
    Asian Conference on Nanoscience & Nanotechnology (AsiaNANO), Steering Committee, 学協会
  • 2018年06月 - 2019年09月
    高分子学会 三菱ケミカル賞 選考委員, 学協会
  • 2018年06月 - 2019年03月
    日本化学会 平成30年度学会賞選考委員会委員, 学協会
  • 2016年04月 - 2018年03月
    バイオミメティクス研究会 第33期運営委員, 学協会
  • 2015年05月 - 2017年04月
    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, 学協会
  • 2016年03月 - 2017年02月
    日本化学会 生体機能関連化学部会 幹事, 学協会
  • 2014年04月 - 2016年03月
    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, 学協会
  • 2014年07月 - 2015年05月
    第64回高分子学会年次大会運営委員, 学協会
  • 2012年06月 - 2014年05月
    社団法人高分子学会北海道支部長, 学協会
  • 2012年05月 - 2014年05月
    社団法人高分子学会第31期理事, 学協会
  • 2012年05月 - 2014年05月
    社団法人高分子学会高分子編集委員会支部委員, 学協会

学内役職歴

  • 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

■研究活動情報

受賞

  • 2018年10月, 14th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis, Distinguished Award 2018 for Novel Materials and their Synthesis               
  • 2018年03月, 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
  • 2016年09月, 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
  • 2016年02月, 北海道大学, 平成27年度教育総長賞               
    居城 邦治
  • 2014年05月, 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
  • 2007年11月, 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―
    日本国

論文

その他活動・業績

書籍等出版物

  • 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, 2023年12月, [分担執筆]
  • 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, 2021年01月, [分担執筆]
  • Stimuli-Responsive Interfaces -Fabrication and Application-               
    Hideyuki Mitomo, Kenichi Niikura, Kuniharu Ijiro, Stimuli-responsive structure control of gold nanoparticle assembly
    Springer, 2016年11月, 127-145, [分担執筆]
  • 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, 2014年07月, [分担執筆]
  • 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年
  • 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年
  • 現代界面コロイド科学の事典               
    丸善株式会社, 2010年
  • 自己組織化ハンドブック               
    エヌ・ティー・エス, 2009年
  • 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年
  • 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年
  • バイオナノプロセス               
    シーエムシー出版, 2008年
  • 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年
  • 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年
  • 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年
  • Application of Quantum Dot in Life Science               
    2007年
  • 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年
  • 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年
  • 超分子科学-ナノ材料創製に向けて-               
    化学同人, 2004年
  • Nanotechnology toward the Organic Photonics               
    Nanotechnology toward the Organic Photonics, 2002年
  • Studies in Surface Science and Catalysis 132               
    Elsevier Science B. V., 2001年

講演・口頭発表等

  • Biomimetic Plasmonic Nanostructures for Ultra-Sensitive Surface Enhanced Raman Scattering               
    Kuniharu Ijiro
    The 1st Taiwan-Japan International Mini-Symposium, 2025年01月13日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2025年01月13日 - 2025年01月14日, [招待講演]
  • Stimuli-responsive Plasmonic Nanostructure for Surface Enhanced Raman Scattering               
    Kuniharu Ijiro
    NISE 2024, 2024年11月20日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2024年11月20日 - 2024年11月20日
  • Self-Assembly of Gold Nanoparticles in Solution               
    Kuniharu Ijiro
    RIES-CEFMS Symposium, 2022年12月13日, 英語
    2022年12月13日 - 2022年12月14日, [招待講演]
  • Biomimetic self-assembly of nanoparticles in solutions               
    Kuniharu Ijiro
    9th NaBIS, 2022年11月25日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2022年11月25日 - 2022年11月25日, [招待講演]
  • 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, 2021年12月01日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    2021年12月01日 - 2021年12月01日, [招待講演]
  • Stimuli-Responsive Assemblies of Gold Nanopaericles and those applications               
    Kuniharu Ijiro
    International Conference on Materials Science and Engineering (Materials Oceania 2020), 2021年10月14日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2021年10月10日 - 2021年10月14日, [招待講演]
  • Stimuli-Responsive Gold Nanoparticles Assembly and Those Applications               
    Kuniharu Ijiro
    The 1st Australia-Belgium-Japan joint symposium on excitonics and cellular communication, 2019年10月03日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2019年10月03日 - 2019年10月03日, [招待講演]
  • 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), 2019年09月08日, 英語, 口頭発表(基調)
    2019年09月06日 - 2019年09月11日, [招待講演]
  • DNA Brush-Directed Aligning Self-Assembly of Gold Nanorods as Photonic Nanomaterials               
    Kuniharu Ijiro
    16th European Conference on Organized Films (ECOF16), 2019年07月10日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2019年07月08日 - 2019年07月12日, [招待講演]
  • 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, 2019年07月05日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    2019年07月05日 - 2019年07月05日, [招待講演]
  • Stimuli-Responsive Gold Nanoparticle Assembly and Those Applications               
    Kuniharu Ijiro
    10th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT 2019), 2019年06月24日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    2019年06月23日 - 2019年06月27日, [招待講演]
  • Development of Stimuli-Responsive Gold Nanostructure Assembly and those Applications               
    居城 邦治
    14th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XIV), 2018年10月23日, 英語, 口頭発表(基調)
    [国際会議]
  • 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, 2018年07月21日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • 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), 2018年03月21日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • DNA Brush-Directed Alignment of Extensive Gold Nanorod Arrays as Plasmonic Nanomaterials               
    居城 邦治
    The 15th Pacific Polymer Conference (PPC-15), 2017年12月12日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Active gap SERS with plasmonic nanostructures on hydrogels for the sensitive detection of biomacromolecules               
    居城 邦治
    8th International Conference and Exhibition on Lasers, Optics & Photonics, 2017年11月16日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Reversible pH or temperature stimulus-response self-assembly of nanoparticles               
    居城 邦治
    2017 RIES-CIS Symposium, 2017年10月28日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Self-assembled Nanoparticles as Photonic and Biological Nanomaterials               
    居城 邦治
    International Symposium on Materials for Chemistry and Engineering (IMCE 2017), 2017年02月03日, 英語, 口頭発表(基調)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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), 2016年12月15日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Salmon DNA-based Preparation of Nanomaterials               
    居城 邦治
    The 17th Chitose International Forum on Photonics Science & Technology (CIF17), 2016年11月14日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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), 2016年10月14日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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, 2016年09月16日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • 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, 2016年09月14日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • Self-assembled 2D Monolayers and 3D Vesicle of Au Nanoparticles for Photonic and Biomedical Applications               
    居城 邦治
    KJF-ICOMEP 2016, 2016年09月04日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Self-assembled alignment of nanorod by using DNA brush               
    Kuniharu Ijiro, Satoshi Nakamura, Hideyuki Mitomo, Andrew Pike, Yasutaka Matsuo, Kenichi Niikura
    SPIE Optics + Photonics, 2016年08月29日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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, 2016年06月14日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Self-Assembled Vesicles and Monolayers Prepared by Gold Nanoparticles and their SERS Applications               
    居城 邦治
    1st Student Winter WorkshopMaison France-Japan University de Strasbourg, 2016年03月14日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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, 2015年12月01日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Self-assembly of nanoparticles: beyond the molecular scale               
    居城 邦治
    The 3rd International Symposium on AMBITIOUS LEADER’ PROGRAM Fostering Future Leaders to Open New Frontiers in Materials Science, 2015年11月18日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    Akira Suzuki Hall, Hokkaido Univ., [招待講演], [国際会議]
  • Nanoparticle self-assembly for bio applications               
    居城 邦治
    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, 2015年11月06日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Hydrogel-Based Active Gap Control of Gold Nanoparticle-Assembly for Surface-Enhanced Raman Scattering Measurement of Macromolecules               
    居城 邦治
    11th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XI), 2015年10月11日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Plasmonic nanostructures based on self-assembled nanoparticles for biosensing               
    居城 邦治
    第76回応用物理学会秋季講演会シンポジウム, 2015年09月13日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • 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), 2015年09月06日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Polymer Network Based Tunable Plasmonic Device Using Nanoparticles               
    居城 邦治
    Japan-Taiwan Bilateral Polymer Symposium 2015, 2015年09月02日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Nanoparticle-based biomimetic functional materials               
    居城 邦治
    SPIE Optics + Photonics 2015, 2015年08月09日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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, 2015年07月03日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • 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, 2015年05月08日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • 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, 2015年03月26日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • Gold nanoparticle vesicles and those unique photonic properties               
    居城 邦治
    7th french-japanese joint workshop On FRONTIER MATERIALS, 2014年12月09日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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, 2014年12月05日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • Fabrication of Nanoparticle Vesicles beyond Molecular Self-assembly               
    居城 邦治
    17th SNU-HU Joint Symposium Satellite "Frontiers in Chemical Sciences 2014 @ SNU & HU", 2014年11月28日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • The synthesis and bio/nano applications of DNA brushes               
    居城 邦治
    SPIE Optics + Photonics 2014, 2014年08月17日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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", 2014年08月01日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • Nanoparticle Vesicles toward Biosensing and Drug Carrier               
    居城 邦治
    Synthetic Biology Meeting, 2013年07月07日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Self-assembly of Nanoparticles toward Biosensing and Drug Carrier               
    居城 邦治
    1st Conference of JSPS Core to Core Program, 2013年06月15日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Nanoparticle vesicles: preparation and applications in biosensing and drug delivery               
    居城 邦治
    Discussion Symposium on Artificial Life and Biomimetic Functional Materials, 2013年05月29日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Gold nanoparticle vesicles and their optical and biological applications               
    居城 邦治
    Rennes Frontier 2012 5th frence-japanese joint workshop on Frontier Materials, 2012年12月02日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Self-assembly of Nanoparticles for Optical and Biological Applications               
    居城 邦治
    RIES-CIS Symposium, 2012年10月25日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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, 2012年08月12日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [国際会議]
  • Fabrication of functional nanowires by DNA-mediated self-assembly               
    居城 邦治
    imec Handai International Symposium, 2012年06月04日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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, 2012年03月05日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • DNA-conjugated silver nanoparticles for fluorescence and Raman scattering dual-modal imaging               
    居城 邦治
    12th Chitose International Forum on Photonic Science & Technology (CIF’12), 2011年10月13日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • DNA-templated bottom-up fabrication of conductive nanowires               
    居城 邦治
    2011 Taiwan-Japan Bilateral Polymer Symposium (TJBPS'11), 2011年09月14日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • DNA-assisted fabrication of luminescent and Raman active silver nanoparticles for dual-modal bioimaging               
    居城 邦治
    SPIE Optics + Photonics 2011, 2011年08月21日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • DNA-Tamplated Assembly of Azobenzene at the Air-Water Interface               
    居城 邦治
    PACIFICHEM 2010, 2010年12月15日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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, 2010年11月20日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • Introduction of RIES‐Hokkaido University and the Study of DNA‐templated Nano Device               
    居城 邦治
    The 3rd Workshop on FEL Science:"Emerging X‐ray Applications in Biological Systems‐II", 2010年10月04日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Synthesis of DNA-nanoparticle/DNA-nanostructure for fabrication of single-electron device               
    居城 邦治
    SPIE Optics + Photonics 2010, 2010年08月01日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Base Sequence Specific Metallization of Single DNA Molecule for Application to Nano Devices               
    居城 邦治
    13th International Conference on Organized Molecular Films(LB13), 2010年07月18日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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), 2010年07月01日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Self-assembled Hierarchic Structures of Metal-Molecule Hybrids for Sensing and Electronic Devices               
    居城 邦治
    ICEP2010, 2010年05月12日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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~, 2010年02月19日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • Fabrication of Molecular-Metal Hybrid Nanosystems based on Biomolecular Recognition               
    居城 邦治
    International Symposium on Engineering Neo-Biomimetics – Toward Paradigm Shift for Innovation –, 2009年10月01日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 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, 2009年09月05日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Base Sequence-Specific Metallization of DNA for Bottom-Up Process of Nanostructure Fabrication               
    居城 邦治
    HYU-RIKEN Joint Workshop & FTC One Year Anniversary Celebration, 2009年08月11日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • DNA-assisted fabrication of functional metal nanostructures               
    Kuniharu Ijiro, Aya Tanaka, Ayako Ishikawa, Ken-ichi Niikura, Yasutaka Matsuo
    SPIE Optics + Photonics 2009, 2009年08月02日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Fabrication of Nanowires by Base-Selective Metallization of DNA               
    居城 邦治
    Japan-Korea-China Mini-symposium on Nanotechnology, Biotechnology and Catalysis -Satellite Session-, 2008年11月07日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • DNA Sequence-Selective Fabrication of Platinum Nanowires               
    居城 邦治
    AsiaNANO2008 (Asian Conference on Nanoscience and Nanotechnology), 2008年11月03日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • DNA Sequence Specific Fabrication of Metal Nanostructures               
    居城 邦治
    Korea-Japan Joint Forum (KJF) 2008, 2008年10月23日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]

所属学協会

  • 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               

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 局在プラズモンシートによる細胞接着ナノ界面の超解像度ライブセルイメージング
    科学研究費助成事業
    2019年06月26日 - 2024年03月31日
    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。
    日本学術振興会, 基盤研究(S), 九州大学, 19H05627
  • 生物規範階層ダイナミクス
    科学研究費助成事業
    2012年06月28日 - 2017年03月31日
    細田 奈麻絵, 前田 浩孝, 穂積 篤, 浦田 千尋, 重藤 暁津, 松尾 保孝, 和田 健彦, 北島 博, 居城 邦治
    生物のサブセルラー・サイズ構造の階層性は、防汚(ナメクジや蓮の葉)、自己治癒(葉の表面)、可逆的接着性(昆虫の脚裏)など多様な機能を発現している。本研究では、生物物理・材料/表面科学の視点からそのしくみを解明し、革新的な材料開発を目指した。中間評価以降は、特にエレクトロニクス実装への応用が可能な基盤技術(可逆的接合、セルフアライメント技術、防汚/防錆性付与、自己治癒による長寿命化、放熱特性の向上など)を重点項目として位置付け研究を展開した。これにより、人工材料にない優れた多層膜皮膜の開発、全く新しい発想による泡を利用したセルフアライメント、可逆的な接着機構の実現などほぼ計画通り達成できた。
    日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 24120005
  • 生物多様性を規範とする革新的材料技術
    科学研究費助成事業
    2012年06月28日 - 2017年03月31日
    下村 政嗣, 長谷山 美紀, 石田 秀輝, 針山 孝彦, 森 直樹, 劉 浩, 大園 拓哉, 穂積 篤, 細田 奈麻絵, 齋藤 正男, 野村 周平, 松尾 保孝, 居城 邦治
    進化適応の結果である生物多様性を、持続可能性をもたらす“壮大なるコンビナトリアル・ケミストリー”と位置つけることで、自然史学、生物学、農学、材料科学、機械工学、情報学、環境政策学、社会学等の研究者による我が国では類を見ない異分野連携研究ネットワークを構築することにより、ニーズ・シーズ・マッチングと発想支援が可能となる「バイオミメティクス・データベース」を編纂し、情報科学による生物から工学への技術移転が可能であることを実証した。
    日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 24120001
  • 環状DNAのプログラマブルナノメッキによるメタマテリアルの創製
    科学研究費助成事業
    2010年 - 2012年
    居城 邦治
    本研究の目的は、独自の環状構造を有するDNAを塩基選択的に金属化することで負の屈折率を持った物質であるメタマテリアルを自己組織化的に作製することである。これまでミリ波や赤外線を対象にしたメタマテリアルが作られてきたが、微細加工限界のため可視光に対して負の屈折率を持つ構造は作れなかった。本提案では酵素合成した環状二重らせんDNAを部分的に金属化することで、理論的に可視光に負の屈折率を持つと予測されるsinglesplit-ringresonators(SSRRs)のサイズを制御して作製できる技術を確立することをめざし、poly(dG)・poly(dC)に結合したシスプラチンの還元によるプラチナナノワイヤーの作製手法を基本にして金属ナノギャップを作製した。これによりメタマテリアルを作製する要素技術を確立した。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 22655059
  • DNA共役量子ドットのプログラマブルナノメッキによる単電子トランジスタの開発
    科学研究費助成事業
    2010年 - 2012年
    居城 邦治, 佐野 健一, 新倉 謙一, 松尾 保孝, 島本 直伸, 三友 秀之
    単電子トランジスタは、劇的な低消費電力を可能とする素子として注目されている。室温での動作を可能にするためには、ソース電極とドレイン電極の間に直径は数nmの「クーロン島」(極小の導電性金属)をnmの精度で置く必要がある。しかしながら現在のフォトリソグラフィー技術ではこのような精密な構造を作ることは不可能である。そこで本研究では核酸DNAの分子認識を用いることで、自己組織化的にナノワイヤー-量子ドット-ナノワイヤー構造のような単電子トランジスタ構造を作製した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 22350076
  • シャペロンの糖鎖認識を原理とした新規細胞ストレスセンシング法の開発
    科学研究費助成事業
    2007年 - 2009年
    新倉 謙一, 居城 邦治, 小暮 健太朗
    申請者は糖鎖提示量子ドットをプローブとして細胞がストレスに暴露した際の応答を、感度よく検出することを目的に研究を進めた。3年間の研究で主に以下の2点を明らかにすることができた。
    1.GlcNAcを提示した量子ドットは小胞体に蓄積する傾向があり、重金属などで細胞にストレスを付加することでその蓄積量が増えることがわかった。これは細胞ストレスを蛍光量で定量できることを示すものである。
    2.α-Glucoseを提示した量子ドットは、細胞の核内に蓄積することがわかった。ナノ粒子の核移行は医学的にニーズが高いため、多様な応用につながる発見である。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 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年 - 2008年
    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
  • DNAコンジュゲート導電性高分子による単一分子エレクトロニクス素子の作製
    科学研究費助成事業
    2007年 - 2008年
    居城 邦治, 新倉 謙一, 松尾 保孝
    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。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 19350106
  • 自己組織化ハニカム構造によるフォトニック結晶導波路のラピッドプロトタイピング
    科学研究費助成事業
    2006年 - 2008年
    下村 政嗣, 居城 邦治, 松尾 保考, 藪 浩
    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。
    日本学術振興会, 基盤研究(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年 - 2006年
    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年 - 2005年
    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
  • 伸長固定したDNAを足場とした階層型DNAナノアレイの作製
    科学研究費助成事業
    2004年 - 2005年
    居城 邦治, 下村 政嗣, 田中 賢, 新倉 謙一, 松尾 保孝, 藪 浩
    DNAマイクロアレイは遺伝子解析にとって大変重要な基盤技術である。多量解析のためにはDNAアレイの高度集積化が急務であるが、DNAスポットの間隔を20μm以下にすることは現在の光リソグラフィーによる合成型やスポッターを用いた貼り付け型の技術では困難である。従来のトップダウン法によるDNAマイクロアレイ作製技術に代わり、DNAの塩基対形成による分子認識による100nm間隔のDNA配列技術の開発を目指す。具体的には遺伝子の検出方法として知られているFISH法(Fluorescence In-Situ Hybridization)を使うことで伸長固定化した単一DNA分子でプローブDNAのナノアレイ化を行い、さらにそれらナノアレイを並べて階層化することで高度集積化を図り、従来の1000分の1の大きさのDNAチップの作製を目標とする。
    特定の間隔のDNA配列技術の開発のモデル実験として、40塩基の20塩基ずつが相補的な2種類の40塩基オリゴマーからなるHalf-sliding DNAの多重会合体形成について検討した。AFMによる観察と環状DNA以外のDNAを加水分解するexonucleaseVによる酵素反応の結果から、TE中で形成されたDNA多重会合体は直鎖状構造であるのに対し、金属イオン下で形成されたものは環状構造であることがわかった。直鎖状のDNA多重会合体は剛直なロッド構造のため多重会合体の分子内会合が起こらないのに対し、多重会合体形成時に金属イオンが存在するとHalf-sliding DNAユニットの一本鎖部分が金属イオンによって柔軟になり環状DNAを形成しやすくなったと考えられる。以上から、多重会合体の形成においては金属イオンの有無が直鎖状と環状の形成を決めていることがわかった。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 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年 - 2004年
    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
  • 非平衡現象に基づく自己組織化を利用した高分子面状デバイスの開発
    科学研究費助成事業
    2002年 - 2004年
    下村 政嗣, 居城 邦治, 田中 賢, 山本 貞明, 松尾 保孝, 藪 浩, 澤田石 哲郎
    本研究の目的は、高分子溶液をキャストした際に結露した水滴を鋳型として生成されるハニカム構造化膜の空孔中に発光性の微粒子を封入し、面状に発光するデバイスを作製することである。今年度は色素を分散させた微粒子作製と、そのハニカム膜への導入を行った。
    色素とポリスチレンを溶かしたテトラヒドロフラン(THF)溶液に貧溶媒である水を加え、THFを蒸発させてやると、300nm前後の色素を担持したポリスチレン微粒子が形成されることを見出した。
    ハニカム膜は疎水的な材料から作製されているため、その表面は高い撥水性を示す。従って微粒子の水分散液を導入しようとすると全く濡れることが出来ない。ここでハニカム膜の表面を親水化するために、UV-オゾン処理を行う方法を考案した。UV-オゾン処理により表面が親水化され、ハニカム状の空孔に微粒子が導入されやすい状態となった。
    空孔中に微粒子を導入する方法はキャスト法やディップコート法などの方法が考えられるが、これらの方法では連続処理に向かなかったり、粒子を十分導入できない等の問題がある。そこで微粒子分散液を2枚のスライドガラスでははさみ、一方のスライドガラスに親水化したハニカム膜を固定し、一方のスライドガラスを一定速度でスライドさせる方法を考案した。その結果、非常に効率よく、よりパッキングしたハニカム-微粒子ハイブリッド構造が家試製された。色素を励起すると孔部分が明るく光っていることが観察され、面状の高分子デバイスが作製できた。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 14205132
  • 高度配向核酸薄膜の調製と電気伝導性の評価
    科学研究費助成事業
    2001年 - 2004年
    岡畑 恵雄, 森 俊明, 川崎 剛美, 古澤 宏幸, 居城 邦治, 金城 政孝
    DNAの高度配向化薄膜の作製を目的として以下の研究を行った。
    1)DNAとカチオン性脂質からDNA-脂質複合体を作製し、ホットプレス法により、透明で丈夫なDNA配向化薄膜を得た。DANのフィルム中での配向性についてはX線解析、偏光解析により定量化した。
    2)DANフィルムをくし形電極上にのせてDAN鎖方向の電気伝導度を測定し、10^<-3>S cm^<-1>という値を得た。この値はワイドギャップの半導体に相当する値であり、DNA鎖はアル程度は導電性を持っていることがわかった。
    3)DANフィルムに色素をインターカレートし、可視光照射により色素を励起すると光誘起電流が観察できた。この事を利用して、有機ELフィルムを作製した。具体的には、DANをホール輸送相として、カチオン性脂質にπ電子を多く持つ芳香族化合物を導入して電子輸送相として利用し、ルテニウム型の色素をインターカレートすると、青色の発光を観察した。
    4)DNA一分子を基板上に引き上げて、一分子の電導性をAFMチップを用いて観察した。電導性を向上させるために、金属メッキを行うと電導性が飛躍的に向上した。
    DAN一分子の水溶液中での挙動を観察するために、正立型蛍光相関分光顕微鏡を試作し、DNA一分子の水溶液中での「ゆらぎ」を測定した
    日本学術振興会, 特定領域研究, 東京工業大学, 13132205
  • DNAを鋳型とした半導体ナノ微粒子の自己組織化によるナノデバイスの作製
    科学研究費助成事業
    2002年 - 2003年
    居城 邦治, 田中 賢, 下村 政嗣
    電子部品のダウンサイジングや高密度メモリーの作製のために、電極の極微細加工技術の開発が急務となっている。これまで微細電極は光リソグラフィーにより作られてきたが限界に近づきつつある。従来のトップダウン方式にかわり、本申請では二重らせんDNAに見られる相補的塩基対形成による分子認識を利用して、自己組織化により半導体微粒子を配向・配列させる手法の実証及び確立を目指す。具体的には、1本鎖もしくは二重らせんDNAを固体基板に伸張固定化し、無電解メッキもしくは核酸塩基を修飾した半導体ナノ微粒子の固定化により極細線電極およびナノPN接合を作製し、ナノデバイスの開発を目的とする。
    上記の目的に従って、本年度までに下記の結果を得た。
    1 単一DNA分子の伸張固定化の最適化
    DNA水溶液上にカチオン性脂質単分子膜を形成し、気水界面で作製したDNA-脂質複合体膜をフィルムバランスを用いてガラス基板に移し取り、蛍光顕微鏡にてDNA分子の形状を観察した。DNAの伸張が最適になるよう、累積表面圧、累積速度、DNA水溶液濃度、などの累積条件を検討した。その結果、高い再現性でDNA分子を伸張・固定化できるようになった。
    2 DNA分子上への銀ナノ微粒子の析出
    DNAに白金錯体シスプラチンを結合させ還元した後に固体基板に伸長固定化した。これを無電解メッキ溶液に浸すことで、DNA分子上に銀のナノ微粒子を析出させることに成功した。原子間力顕微鏡により観察したところ銀のナノ微粒子がDNAに沿って配列した細線構造が形成されたことを確認した。
    3 ナノPN接合の作製のためのナノ微粒子の合成
    伸長したDNA分子上に微粒子を並べるために核酸ポリマーから成る微粒子を合成した。核酸ポリマーとカチオン性界面活性剤からなるポリイオンコンプレックスを改良した再沈殿法により微粒子化した。その結果、分散度の低い直径が64ナノメートルの微粒子を得ることに成功した。
    今後は、半導体を包埋した核酸ポリマー微粒子を作製し、伸長固定化したDNA上に銀ナノ微粒子とともにインテグレーションすることでナノPN接合を作製し、動作確認を行う予定である。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 14350480
  • 3次元微細光ファブリケーションによる組織工学材料の設計・開発
    科学研究費助成事業
    2001年 - 2003年
    田中 賢, 笹木 敬司, 居城 邦治, 下村 政嗣, 松下 通明, 藤堂 省
    本研究では、優れた生体適合性を有するポリメトキシチルアクリレートと光架橋性基を有するグリシジルアルクレートやエポキシシックロヘキシメチルアクレートとを用いて、フェムト秒レーザー照射による2光子吸収による3次元微細光ファブリケーションを利用したの微細加工技術によって加工された空間構造と高分子の自己組織化現象の両方を利用することで、これまで作製が難しかったナノレベルの空間構造と表面特性のパターニングを実現できた。パターンの孔径、膜厚、孔貫通・非貫通、孔の3次元構造制御を計画的に行うためのパラメーターを抽出できた。様々な生分解性高分子、生体適合性高分子が適用できるパターン化技術を確立した。血管内皮細胞はパターン表面でのみ伸展し、凸部に伸展する細胞は観察されなかった。アクチン染色の結果、パターン表面の幹部分に沿って細胞骨格の先端が伸びているのが観察された。一方、フラットフィルム上では細長い形態をとるものが多く観察され、アクチン染色の結果、伸展方向と平行に伸びる細胞骨格が観察された。さらに、微細なパターン構造が、血管内皮細胞・平滑筋細胞の接着形態、骨格タンパク質の構造、細胞外マトリックスの産生、増殖性に影響を与えていることが明らかになった。上記のパターンは培養基材として機能しており、血管内治療デバイスscaffoldとしての可能性が示唆された。また、パターン化フィルムは孔の貫通・非貫通が制御可能であり、積層傾斜膜状、中空糸状などに成型加工できることも見いだした。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 13558102
  • 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年 - 2002年
    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
  • 光誘起電子移動反応を利用した遺伝子の無標識高感度分析法の開発
    科学研究費助成事業
    2000年 - 2001年
    居城 邦治, 田中 賢, 下村 政嗣
    本研究の目的は、DNAの電子伝達能力を利用して、界面で起こるハイブリダイゼーションを検出しうる手法を開発しようとするものである。そのためには、界面で起こる塩基対形成について調べる必要があり、さらにDNAを介した光誘起電子移動反応を詳細に検討する必要がある。
    1)界面で起こる塩基対形成の研究 本研究では界面に固定化したDNAを取り扱うため、様々な界面での塩基対形成を調べる必要がある。アルキル化核酸塩基は気液界面で単分子膜を作り、膜表面で相補的な塩基対を形成することがわかった。(Mol.Cryst.Liq.Crys.,371,33-36(2001),Mol.Cryst.Liq.Crys.,371,379-382(2001))また、原子間力顕微鏡のプローブ先端に核酸塩基を固定化し、固体基板上に存在する核酸塩基との塩基対形成を水中にて力として計ることに成功した。(Mol.Cryst.Liq.Crys.,371,151-154(2001),Colloid and Surfaces A :Physicochem Eng.Aspects,198-200,677-682(2002))これらの結果より、気液界面、および固液界面においても、相補的な塩基対形成が起きることが示された。
    2)DNAを介した電子移動測定 DNA上を電子が移動することを確認することが本研究で最も重要なことである。DNAからなるパターン化したフィルムを微小電極上に作製し、微小プローブ電極により導電性を測定した結果、導電性が観察された。(Mol.Cryst.Liq.Crys.,374,375-378(2001))
    3)塩基対のスタッキングを介した光誘起電子移動反応 電子ドナーと電子アクセプターをそれぞれ有する両親媒性化合物とDNAとのポリイオン複合単分子膜を気液界面に作製し、蛍光寿命からDNAを介した電子移動を測定した。その結果、1本鎖より2本鎖DNAの方がより電子移動を促進することがわかった。この結果より、光誘起電子移動反応によりハイブリダイゼーションを検出できることが示された。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 12555225
  • 1次元π電子系の集積化とそのコヒーレント光化学反応特性
    科学研究費助成事業
    1999年 - 2001年
    下村 政嗣, 田中 賢, 居城 邦治, 西川 雄大, KARTHAUS Olaf
    本研究の目的は、植物の光捕集系で見られるようなコヒーレントな光励起状態を人工的に作製することにある。この研究の特徴は、厳密に分子量とシークエンスが決定されているDNAの構造に着目し、それを鋳型とすることで、気水界面に形成される分子集合体である単分子膜を用いて一次元パイ電子集積体を作製することにある。3年間の研究成果を以下にしめす。
    (1)DNAを鋳型とする1次元π電子系分子配列系の作製-ジアセチレンを含む核酸塩基単分子膜の鋳型光重合
    水相に溶解した一本鎖DNAを鋳型として単分子膜の重合を行うために、トポタクティックな光重合性が知られているジアセチレン基を疎水鎖に導入した核酸塩基誘導体を新たに合成し、気液界面における核酸塩基間の分子認識と光重合を検討した。その結果、核酸塩基単分子膜が鋳型となるシングルストランドDNAとのワトソンクリック型ならびにフーグスティーン型の水素結合形成することを明らかにするとともに、ポリジアセチレンの重合度が鋳型DNAの塩基数に依存することを見いだした。これによりDNAを鋳型とすることで1次元π電子分子配列系の作製が可能となった。
    (2)マクロ配向技術の確立-単一DNA分子の配向固定化
    ポリジアセチレン系1次元π電子集積系の孤立化を最終的な目的として、ラングミュアー・ブロジェット法による単分子膜の移し取りを使った単一DNA分子の配向固定化を行った。マクロ配向技術の確立気液界面に形成される単分子膜を基板上に移し取る時に形成される流動配向場を利用して、鋳型となるDNA一分子を配向固定化することに成功した。
    日本学術振興会, 特定領域研究(B), 北海道大学, 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年 - 2000年
    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年 - 2000年
    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
  • 高分子コンプレックスの階層的なメゾスコピック構造の構築
    科学研究費助成事業
    1998年 - 1999年
    下村 政嗣, 西川 雄大, OLAF Karthau, 居城 邦治, OFFENHAUSSER アンドレアス, KNOLL Wolfga
    本研究は、表面プラズモン顕微鏡や走査プローブ顕微鏡を用いた高分子コンプレックスの構造評価に精通した物理学者と、有機合成ならびに分子薄膜の作製を行っている高分子化学者が有機的な連携をとりながら、二分子膜や単分子膜、LB膜のような二次元秩序を有する分子薄膜をマトリックスとして、合成ならびに生体高分子を複合化したナノメーターサイズの高分子コンプレックスを作製し、マイクロメータレベルにいたる幅広い階層にまたがる構造化を行おうとするものである。
    本研究では、ナノメーターサイズの高分子コンプレックスとして核酸塩基を有する自己会合単分子膜(SAM)ならびに単分子膜、マイクロメーターサイズの高分子構造体としてハニカム状にパターン化された高分子フィルムを作製し、主として表面プラズモン共鳴法を用いた解析を行うことで、それぞれの構造特性を明らかにした。その結果、相補的な塩基対を形成するSAMとゲスト核酸塩基の組み合わせでプラズモン共鳴の変化が観測された。また、パターン化高分子薄膜の2次元トポグラフィーをプラズモン共鳴のコントラスト像として観察することができた。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 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年 - 1998年
    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
  • 単一分子DNAの配向固定化技術とその高感度検出法の開発
    科学研究費助成事業
    1997年 - 1998年
    下村 政嗣, 西川 雄大, KARTHAUS Ola, 居城 邦治
    本研究の目的は、二次元に組織化された分子集合体を鋳型として単一分子DNAを配向固定化するとともに、DNAの構造的な特徴である塩基対のスタッキングとそれに伴うパイ電子相互作用による長距離にわたる電子伝達能力を利用した新たな検出原理に基づくDNAのハイブリダイゼーション過程の高感度解析手法を開発し、走査型プローブ顕微鏡下における蛍光分光学測定を行おうとするものである。すでに本申請者らは、二次元分子集合体である単分子膜が規則構造のある荷電表面を形成し、その荷電表面を鋳型として反対電荷を有する高分子電解質が単分子状に静電吸着することを見いだした。DNAはリン酸残基を有するアニオン性高分子なので、カチオン性単分子膜の荷電界面に単分子状に静電吸着すると期待される。界面化学的な手法による単分子膜の相状態の測定、蛍光顕微鏡による水面膜の直接観察、水晶発振子マイクロバランスによる微量重量測定、レーザー分光学的な方法による解析、などによってDNAが単分子膜界面に単一分子的に吸着することを明らかにした。さらに、インターカレーターであるアクリジンオレンジの長鎖誘導体からなる気水界面単分子膜の蛍光寿命が、polyG-polyCを吸着することで著しくみじかくなることをピコ秒蛍光寿命測定装置によって明らかにした。これはグアニン塩基による電子移動消光によるものと考えられる。さらにDNAを単一分子状に分離するために、下水相のDNA濃度を通常の吸着条件の10分の1程度に希釈して単分子膜-DNA複合膜を作製した。蛍光色素(YOYO1)でDNAをラベルしガラス基板上に移し取り、近接場光学顕微鏡で観察したところ、一本のDNA鎖が膜の引き上げ方向に配列していることがわかった。また本研究者は、高分子の希薄溶液をキャストする過程で形成される散逸構造がキャスト基板上に固定化されることで、サブミクロン領域における様々な規則パターンが形成されることを見いだしている。本研究において、DNAの希薄水溶液をキャストすることで幅数百ナノメーター厚さ2ナノメーター、長さ数ミリメーターにいたる規則的に配列したストライプ構造の形成に成功した。さらにパターン化したアルギン酸をマトリックスとして単一DNA分子の配列が可能なことを近接場光学顕微鏡、高感度蛍光顕微鏡観察で明らかにした。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 09304070
  • 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年 - 1996年
    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年 - 1995年
    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年 - 1994年
    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年 - 1992年
    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

産業財産権

  • PARTICLE AGGREGATE, MANUFACTURING METHOD FOR PARTICLE AGGREGATE, FLUORESCENCE ENHANCING ELEMENT, AND DEVICE USING PHOTOCHEMICAL REACTIONS               
    特許権, NATIONAL UNIVERSITY, CORPORATION, HOKKAIDO UNIVERSITY, IJIRO KUNIHARU, NIIKURA KENICHI, IYO NAOKI, NISHIO TAKASHI
    特願2012JP054279, 2012年02月22日
    特開WO 2012/115151
  • PROCESS FOR PRODUCING PATTERNED SUBSTANCE               
    特許権, 藪浩, 下村政嗣居城邦治, 松尾保孝, 山本貞明, 田中賢
    特願PCT/JP2006/320806, 2006年10月19日
    特開WO2007049494, 2007年05月03日
    WO2007/049494
  • METHOD FOR PRODUCING TRANSPARENT ELECTRODE USING DNA               
    特許権, 居城邦治, 佐藤壮人, 松尾保孝
    特願2005-024545, 2005年01月31日
    特開2006-207010, 2006年08月10日
    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               
    特許権
    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               
    特許権
    特開2008-296481
  • 銀微粒子と核酸の複合体及びその製造方法               
    特許権
    特開2008-224274
  • 目的物質の核内送達用ベクター               
    特許権
    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               
    特許権
    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               
    特許権
    特開2006-204813
  • 光記録媒体及び光多重記録方法               
    特許権
    特開2005-209330
  • DNAの無電解メッキによる金属細線構造の構築               
    特許権
    特開2005-120450
  • DNA一分子の特異的塩基配列検出法               
    特許権
    特開2004-283098
  • 環状DNAの伸長固定化法               
    特許権
    特開2004-147537
  • 有機超薄膜とその累積体並びにその製造方法               
    特許権
    特開2004-099741
  • DNA分子の伸長固定化方法               
    特許権
    特開2003-135062