Organization
Institute of Integrated Research Laboratory for Chemistry and Life Science Assistant Professor
Title
Assistant Professor
External link
okuyama Hiroto
Research Interests
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Biomaterial
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Chemical engineering
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Water treatment membrane
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Functional polymer
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Biosensor
Research Areas
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Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Transport phenomena and unit operations / Membrane science
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Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Biofunction and bioprocess engineering / Biosensor
Papers
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Quantitative Comparison of Protein Adsorption on Polyethylene Glycol and Zwitterionic Brushes: A Machine Learning Approach
Hiroto Okuyama, Yuuki Sugawara, Takeo Yamaguchi
ACS Applied Polymer Materials 2025.9
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Advanced Surface Engineering of Porous Transport Electrodes to Improve Membrane–Electrode Interfaces and Surface Areas for Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers
Pranav K. Gangadharan, Hidenori Kuroki, Shoji Miyanishi, Hiroto Okuyama, Takeo Yamaguchi
ACS Applied Energy Materials 2025.7
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A membrane-based immunosensor enabling high antifouling performance and sensitive molecular recognition. International journal
Hiroki Yamashita, Hiroto Okuyama, Takeo Yamaguchi
Lab on a chip 25 ( 13 ) 3123 - 3131 2025.6
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Machine-Learning-Aided Understanding of Protein Adsorption on Zwitterionic Polymer Brushes. International journal
Hiroto Okuyama, Yuuki Sugawara, Takeo Yamaguchi
ACS applied materials & interfaces 16 ( 19 ) 25236 - 25245 2024.5
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Design of a highly sensitive and versatile membrane-based immunosensor using a Cu-free click reaction. International journal
Hiroto Okuyama, Yukari Kodama, Kazuya Takemura, Hiroki Yamashita, Yuhei Oshiba, Takeo Yamaguchi
Analytical methods : advancing methods and applications 15 ( 12 ) 1494 - 1499 2023.3
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Numerical Modeling for Sensitive and Rapid Molecular Detection by Membrane-Based Immunosensors. International journal
Hiroto Okuyama, Takanori Tamaki, Yuhei Oshiba, Hiroshi Ueda, Takeo Yamaguchi
Analytical chemistry 93 ( 19 ) 7210 - 7219 2021.5
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機能性多孔質膜への溶液透過を利用した微量生体分子の高感度検出
奥山浩人
分離技術 50 ( 6 ) 2020
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Membrane-Based Biosensor with Efficient Molecular Recognition in Small Pores
奥山浩人, 山口猛央
膜 45 ( 6 ) 2020
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Flow-Based Immunosensing Using the Pore Channel of a Porous Membrane As a Reaction Space. International journal
Hiroto Okuyama, Yuhei Oshiba, Takeo Yamaguchi
Analytical chemistry 91 ( 22 ) 14178 - 14182 2019.11
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Control of Target Molecular Recognition in a Small Pore Space with Biomolecule-Recognition Gating Membrane. International journal
Hiroto Okuyama, Yuhei Oshiba, Hidenori Ohashi, Takeo Yamaguchi
Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany) 14 ( 18 ) e1702267 2018.5
MISC
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Development of a non-precious metal anode catalyst-layer using nickel phosphates for anion exchange membrane water electrolysis
山岡雄貴, 黒木秀記, 中瀬雄登, 菅原勇貴, 奥山浩人, 鎌田慶吾, 山口猛央
燃料電池シンポジウム講演予稿集(CD-ROM) 31st 2024
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Sensitive and rapid immunosensor using small pore space of porous membrane.
奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央
日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM) 46th 2024
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Influence of Membrane Properties on Water Electrolysis Performance in Anion Exchange Membrane Water Electrolysis.
清水優哉, 奥山浩人, 黒木秀記, 宮西将史, 山口猛央
日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM) 46th 2024
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卑金属多孔体アノード触媒と全芳香族高分子膜を用いたアニオン交換膜型水電解
奥山浩人, 山崎健也, 宮西将史, 黒木秀記, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 55th 2024
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アンチファウリング膜設計に向けた双性イオンポリマーブラシの構築と特性評価
大浦真実, 奥山浩人, 黒木秀記, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 55th 2024
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機械学習を利用した双性イオンポリマーブラシへのタンパク質吸着現象の理解
奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 89th 2024
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優れたアンチファウリング性と分子認識能を持つ膜型イムノセンシング
山下浩輝, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 89th 2024
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多孔質膜細孔を分子認識場とする新規電気化学アプタセンサーの開発
田畑絵梨佳, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 89th 2024
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膜細孔を認識場とする圧力応答型バイオセンシング法の構築
藤田佳那, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 89th 2024
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Ni多孔体触媒/膜の接合界面に着目した高性能アニオン交換膜型水電解セルの開発
山崎健也, 奥山浩人, 宮西将史, 黒木秀記, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 89th 2024
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アンチファウリング膜設計に向けたポリマー表面改質と多成分解析
舞弓哲史, 奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 89th 2024
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膜間物質移動現象に着目した高性能アニオン交換膜型水電解の設計
清水優哉, 奥山浩人, 黒木秀記, 宮西将史, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 55th 2024
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The Investigation and Fabrication of Zwitterionic Brush Structures on Membranes Surface for Improving the Antifouling.
吉田あづ希, 奥山浩人, 宮西将史, 山口猛央
膜シンポジウム(CD-ROM) 2024 2024
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アンチファウリング特性理解に向けた双性イオンポリマー上の水和挙動評価
山下浩輝, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 55th 2024
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Analysis of protein adsorption behavior on zwitterionic polymer brushes for design of anti-fouling membrane.
大浦真実, 奥山浩人, 黒木秀記, 山口猛央
膜シンポジウム(CD-ROM) 2024 2024
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アンチファウリング性に優れた膜透過型イムノセンサのシステム設計
山下浩輝, 奥山浩人, 山口猛央
膜シンポジウム(CD-ROM) 2024 2024
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機械学習による親水性ブラシへのタンパク質吸着現象理解
奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央
膜シンポジウム(CD-ROM) 2024 2024
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卑金属多孔体アノード触媒を用いた高性能なアニオン交換型水電解セルの開発
山崎健也, 奥山浩人, 宮西将史, 黒木秀記, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 54th 2023
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高いシグナル特性と防汚性を両立した膜透過型バイオセンサの設計
山下浩輝, 大柴雄平, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 88th 2023
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双性イオンポリマーによる精緻な表面改質法の構築とアンチファウリング特性評価
奥山浩人, 栗原雄大, 原田悠佑, 大柴雄平, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 88th 2023
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The modification of the interface of QCM-D sensor and analysis for adsorption behavior towards design of anti-fouling membrane.
舞弓哲史, 奥山浩人, 菅原勇貴, 山口猛央
日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM) 45th 2023
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迅速・高感度な分子検出に向けた膜型バイオセンサーのシステム設計
竹村一哉, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 88th 2023
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高速かつ高感度な分子検出が可能な膜型バイオセンサーの開発
奥山浩人, 山口猛央
日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM) 45th 2023
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Surface design and detection characterization for high sensitivity using membrane-based biosensing.
山下浩輝, 奥山浩人, 山口猛央
日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM) 45th 2023
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細孔内におけるシグナル増幅を用いた新規膜型バイオセンサの開発
藤田佳那, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 54th 2023
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多孔質膜細孔を反応場とする電気化学アプタセンサーの開発
田畑絵梨佳, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 54th 2023
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優れた水処理膜の開発に向けた精密な表面修飾法の構築と特性評価
奥山浩人, 栗原雄大, 大柴雄平, 大柴雄平, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 54th 2023
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夾雑系での抗原検出に向けた膜透過型バイオセンサの設計
山下浩輝, 大柴雄平, 奥山浩人, 山口猛央
膜シンポジウム(CD-ROM) ( 34 ) 2022
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膜型バイオセンサーのシグナル特性向上に向けた膜構造設計
竹村一哉, 奥山浩人, 山口猛央
膜シンポジウム(CD-ROM) ( 34 ) 2022
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双性イオンポリマーを用いた多孔質膜の界面制御とアンチファウリング特性評価
奥山浩人, 栗原雄大, 原田悠佑, 大柴雄平, 山口猛央
膜シンポジウム(CD-ROM) ( 34 ) 2022
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The system design of membrane-based immunosensor for the application of various samples.
竹村一哉, 大柴雄平, 奥山浩人, 山口猛央
日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM) 44th 2022
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Sensitive and rapid immunosensor using small pore space of porous membrane.
奥山浩人, 児玉友佳里, 大柴雄平, 山口猛央
日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM) 44th 2022
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夾雑系で高いシグナル特性を発現する膜型バイオセンサの設計
山下浩輝, 大柴雄平, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 53rd 2022
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高い検出シグナル特性を有する膜型バイオセンサーの設計
竹村一哉, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 53rd 2022
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Control of surface structure in membrane-based immunosensors for disease diagnosis.
大柴雄平, 児玉友佳里, 奥山浩人, 山口猛央
日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM) 43rd 2021
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疾病診断に向けた膜型バイオセンサの構造制御
児玉友佳里, 大柴雄平, 奥山浩人, 山口猛央
化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 51st 2020
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膜細孔内への溶液透過を利用した迅速・簡便なイムノアッセイ
奥山浩人, 大柴雄平, 山口猛央
化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM) 84th 2019
Industrial property rights
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細孔フィリング膜、燃料電池、及び電解装置
山口 猛央, 宮西 将史, 奥山 浩人
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複合体の検出方法、並びにそれに用いる担体及び検出キット
奥山 浩人, 大柴 雄平, 山口 猛央
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複合体の検出方法、並びにそれに用いる担体及び検出キット
奥山 浩人, 大柴 雄平, 山口 猛央
Research Projects
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実験・理論・データサイエンスの協奏に基づく高機能アンチファウリング膜の開発
Grant number：25K01561 2025.4 - 2029.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
山口 猛央, 黒木 秀記, 菅原 勇貴, 奥山 浩人
Grant amount：\18850000 （ Direct Cost: \14500000 、 Indirect Cost：\4350000 ）
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金属多孔カプセルを分子認識足場に用いる新規バイオセンサーの開発
Grant number：25K17877 2025.4 - 2029.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究
奥山 浩人
Grant amount：\4680000 （ Direct Cost: \3600000 、 Indirect Cost：\1080000 ）
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Rapid and sensitive membrane-based immunoassay driven by multiple signal amplification mechanisms
Grant number：22K20476 2022.8 - 2024.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
Okuyama Hiroto
Grant amount：\2730000 （ Direct Cost: \2100000 、 Indirect Cost：\630000 ）
In this study, biosensors with high sensitivity and practical rapidity were designed, using porous membranes as the substrate. This sensor enabled the detection of target biomolecules by both optical and pressure signals. The biosensor developed in this study was able to detect molecules with a sensitivity of pg/ml and ng/ml when optical and pressure signals were used as outputs, respectively.
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テーラーメード型アンチファウリング膜表面設計方法論の構築
Grant number：23K21055 2021.4 - 2025.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
山口 猛央, 菅原 勇貴, 奥山 浩人, 大柴 雄平, 田巻 孝敬
Grant amount：\17160000 （ Direct Cost: \13200000 、 Indirect Cost：\3960000 ）
本研究では、市販多孔質膜の表面状態を簡便に制御する膜表面改質法と水晶振動子マイクロバランス測定による精密改質表面のスクリーニング、及びデータサイエンスを駆使した水質ごとの表面設計手法を組み合わせ、それぞれの水質でファウリングを抑制する最適な膜表面をテーラーメードに設計する手法を確立することを目的とする。ポリドーパミンを介した双性イオンポリマーの膜表面修飾では、ポリドーパミン層の安定性や脱離の課題が残っていた。今年度は、熱アニーリングを行うことでポリドーパミン層の安定性を向上することを目指した。この工程を行うことにより、より精緻な密度制御が可能になるだけでなく、ポリドーパミン層の剥離の課題が解決された。さらに溶媒種をさらに増やすことで、制御できる密度範囲を向上することに成功した。機械学習においては、まず文献を収集し、欠損値のない100以上のサンプル数からなるデータセットを作成した。さらに、線形および非線形回帰手法により予測モデルを構築し、学習されたモデルを用いて様々な水質条件下におけるタンパク質吸着量のブラシ密度・分子量依存性を予測した。その結果、ポリマー分子量よりも密度の影響を大きく受けることが示されるとともに、吸着が生じる特異的な領域が存在することが示唆された。また、吸着現象をさらに詳細に調査するため、QCM-D装置を用いてBSAおよびフミン酸溶液を用いて吸着性を測定した。機械学習の結果を基に、pH、イオン強度に特に焦点を当て、溶液条件やポリマー密度、長さを変更して系統的にファウリング挙動を調査し、機械学習への展開に向けたデータの収集を行った。
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微細孔を利用した高感度なゲート型バイオセンサの開発と応用
Grant number：19J14006 2019.4 - 2021.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
奥山 浩人
Grant amount：\2100000 （ Direct Cost: \2100000 ）
本研究は、多孔質膜が有するサブミクロンスケールの微細孔に注目した、高感度かつ迅速なバイオセンサーの開発を目的とする。膜細孔内における高密度なレセプター導入に加え、細孔中への検体の積極的な透過を利用することによって、従来よりも感度、迅速性の点で優れたバイオセンサーの開発を目指した。
昨年度は、過去に用いてきたアビジン-ビオチン相互作用を利用したセンシング法に加え、抗原-抗体系による認識へと応用展開することに成功した。ウシ血清アルブミン(BSA)をモデル抗原として行った検出試験では、従来の酵素結合免疫吸着法(ELISA法)の1/6の時間にもかかわらず、同等以上のシグナル特性を発現させることができた。本年度は、この膜型センシングシステムのさらなる応用に向けて、実用的なバイオマーカーの検出を目指した。標的分子として、炎症マーカーとして知られるインターロイキン6を選択し、サンドイッチ型のイムノアッセイを検証した。膜型センサーの作製では、活性エステル法を用いた手法ではなく、銅フリーClick反応を利用することで、高効率に抗体を細孔内に固定することができた。化学工学モデル計算に基づき、二次抗体溶液の透過時間及び濃度の改善を行うことによって、数十分の検出時間にも関わらず、感度をpg/mlスケールまで向上させることに成功した。さらに、DNAアプタマーを検出に利用するための諸検討も行われた。本検討は電気化学インピーダンス分光法を主に用いて行われ、細孔内にアプタマーを固定する際、シグナルを増幅するための適切なアプタマー密度が存在することが示唆された。以上より、本研究では提案する膜型バイオセンサーの実用への展開に向けた実践的検討が行われ、今後本システムを在宅やベッドサイドなどで用いるための重要な知見が得られた。