2025/12/26 更新

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オクヤマ　ヒロト
奥山　浩人
okuyama Hiroto
所属
総合研究院 化学生命科学研究所 助教
職名
助教
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研究キーワード

  • バイオマテリアル

  • 化学工学

  • 水処理膜

  • 機能性ポリマー

  • バイオセンサー

研究分野

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 移動現象、単位操作  / 膜工学

  • ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / バイオ機能応用、バイオプロセス工学  / バイオセンサー

論文

  • 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年9月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1021/acsapm.5c01902

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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年7月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    DOI： 10.1021/acsaem.5c01530

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  • A membrane-based immunosensor enabling high antifouling performance and sensitive molecular recognition. 国際誌

    Hiroki Yamashita, Hiroto Okuyama, Takeo Yamaguchi

    Lab on a chip   25 ( 13 )   3123 - 3131   2025年6月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    The fouling of non-targeted biomolecules on sensing surfaces, which can cause a reduction in sensing performance, is a severe problem in immunosensing platforms. The incorporation of hydrophilic polymers on sensing surfaces is effective against antifouling. However, such an approach can reduce the density of the capture antibody, resulting in a decrease in sensitivity and signal output. Here, both high sensitivity and antifouling properties were achieved using a porous-membrane-based immunosensor. This sensor can drastically mitigate the signal reduction due to the introduction of an antifouling moiety by antibody densification in submicron-scaled pores. The ideal ratio of the receptor/antifouling moiety was estimated from numerical modeling. The high sensitivity and antifouling properties of the designed sensor were demonstrated via the detection test of interleukin-6 (IL-6). The proposed sensor exhibited excellent antifouling and high sensitivity with limits of detection of 4.8 and 1.2 pg mL-1 in artificial saliva and serum, respectively. The study findings highlight the potential of membrane-based sensors for practical diagnoses.

    DOI： 10.1039/d5lc00031a

    PubMed

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  • Machine-Learning-Aided Understanding of Protein Adsorption on Zwitterionic Polymer Brushes. 国際誌

    Hiroto Okuyama, Yuuki Sugawara, Takeo Yamaguchi

    ACS applied materials & interfaces   16 ( 19 )   25236 - 25245   2024年5月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    Constructing antifouling surfaces is a crucial technique for optimizing the performance of devices such as water treatment membranes and medical devices in practical environments. These surfaces are achieved by modification with hydrophilic polymers. Notably, zwitterionic (ZI) polymers have attracted considerable interest because of their ability to form a robust hydration layer and inhibit the adsorption of foulants. However, the importance of the molecular weight and density of the ZI polymer on the antifouling property is partially understood, and the surface design still retains an empirical flavor. Herein, we individually assessed the influence of the molecular weight and density of the ZI polymer on protein adsorption through machine learning. The results corroborated that protein adsorption is more strongly influenced by density than by molecular weight. Furthermore, the distribution of predicted protein adsorption against molecular weight and polymer density enabled us to determine conditions that enhanced (or weaken) antifouling. The relevance of this prediction method was also demonstrated by estimating the protein adsorption over a wide range of ionic strengths. Overall, this machine-learning-based approach is expected to contribute as a tool for the optimized functionalization of materials, extending beyond the applications of ZI polymer brushes.

    DOI： 10.1021/acsami.4c01401

    PubMed

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  • Design of a highly sensitive and versatile membrane-based immunosensor using a Cu-free click reaction. 国際誌

    Hiroto Okuyama, Yukari Kodama, Kazuya Takemura, Hiroki Yamashita, Yuhei Oshiba, Takeo Yamaguchi

    Analytical methods : advancing methods and applications   15 ( 12 )   1494 - 1499   2023年3月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    A highly sensitive immunosensor is developed using membrane pores as the recognition interface. In this sensor, a Cu-free click reaction is used to efficiently immobilize antibodies, and the sensor inhibits the adsorption of nonspecific proteins that degrade sensitivity. Furthermore, the sensor demonstrates rapid interleukin-6 detection in the picogram per milliliter range.

    DOI： 10.1039/d2ay02110b

    PubMed

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  • Numerical Modeling for Sensitive and Rapid Molecular Detection by Membrane-Based Immunosensors. 国際誌

    Hiroto Okuyama, Takanori Tamaki, Yuhei Oshiba, Hiroshi Ueda, Takeo Yamaguchi

    Analytical chemistry   93 ( 19 )   7210 - 7219   2021年5月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    Rapid, simple, and sensitive point-of-care testing (POCT) has attracted attention in recent years due to its excellent potential for early disease diagnosis and health monitoring. The flow-through biosensor design is a candidate for POCT that utilizes the small-sized pores of a porous membrane as a recognition space where it emits a signal comparable to that of a conventional enzyme-linked immunosorbent assay within 35 min of detection time. In this paper, we present a numerical model for this immunosensing technology to systematically design an improved recognition system. The model considers mass transfer into the pore (convection and diffusion), the kinetics between the immobilized receptor and the target molecule, and the flow conditions, successfully leading to a bottleneck step (capture of secondary antibody) in sandwich-type detection. Our simulation results also show that this problem can be solved by adopting both appropriate receptors and analytical conditions. Eventually, the requirements to achieve the sensitivity required for POCT were fulfilled, which will allow for further development of immunosensing devices for disease detection.

    DOI： 10.1021/acs.analchem.1c00250

    PubMed

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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年

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  • 高効率な細孔内分子認識に基づく膜型バイオセンサーの開発

    奥山浩人, 山口猛央

    膜   45 ( 6 )   2020年

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  • Flow-Based Immunosensing Using the Pore Channel of a Porous Membrane As a Reaction Space. 国際誌

    Hiroto Okuyama, Yuhei Oshiba, Takeo Yamaguchi

    Analytical chemistry   91 ( 22 )   14178 - 14182   2019年11月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    This Letter describes a new rapid and sensitive immunosensing device using the pore space of a porous membrane as the reaction space. A track-etched membrane with uniform cylindrical pores is used as the base substrate of this device. The capture antibodies are covalently and densely immobilized inside the membrane pores by the uniform introduction of poly(acrylic acid) (PAAc) via the plasma graft polymerization technique, followed by the active ester method. This membrane shows excellent antibody retention by covalent binding. The detection test was carried out via a sandwich-type assay, and all reaction steps from the antigen-antibody reaction to the enzyme reaction were conducted by permeating each solution into the pores. The detection test showed a signal comparable to that of the conventional enzyme-linked immunosorbent assay, although the detection time required in the test was shortened to 35 min. The reason for achieving both high sensitivity and short detection time is that the antibody accumulated pore space with high selectivity and promoted contact between the reactants by solution permeation. This report is expected to aid the design of systems for membrane-based devices, which currently have problems associated with sensitivity, rapidity, selectivity, or amount of sample. We further expect that this system could be applied to various diagnostic areas, including point-of-care testing.

    DOI： 10.1021/acs.analchem.9b02489

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  • Control of Target Molecular Recognition in a Small Pore Space with Biomolecule-Recognition Gating Membrane. 国際誌

    Hiroto Okuyama, Yuhei Oshiba, Hidenori Ohashi, Takeo Yamaguchi

    Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)   14 ( 18 )   e1702267   2018年5月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）  

    A biomolecule-recognition gating membrane, which introduces thermosensitive graft polymer including molecular recognition receptor into porous membrane substrate, can close its pores by recognizing target biomolecule. The present study reports strategies for improving both versatility and sensitivity of the gating membrane. First, the membrane is fabricated by introducing the receptor via a selectively reactive click reaction improving the versatility. Second, the sensitivity of the membrane is enhanced via an active delivering method of the target molecules into the pores. In the method, the tiny signal of the target biomolecule is amplified as obvious pressure change. Furthermore, this offers 15 times higher sensitivity compared to the previously reported passive delivering method (membrane immersion to sample solution) with significantly shorter recognition time. The improvement will aid in applying the gating membrane to membrane sensors in medical fields.

    DOI： 10.1002/smll.201702267

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MISC

  • ニッケルリン酸化物を用いたアニオン交換膜型水電解用卑金属アノード触媒層の開発

    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年

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  • 機械学習による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

    日本膜学会年会講演要旨集(CD-ROM)   46th   2024年

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  • アニオン交換膜型水電解における膜特性の水電解性能への影響

    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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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  • アンチファウリング膜の防汚性向上に向けた双性イオンブラシ構造の検討

    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年

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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年

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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へのタンパク質吸着挙動解析

    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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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  • アンチファウリング膜設計に向けたQCMセンサー表面改質と吸着挙動解析

    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年

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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年

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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年

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  • 高感度な膜型バイオセンシングに向けた膜表面設計及び検出特性評価

    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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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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年

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  • 様々な検体への適用に向けた膜型センサーのシステム設計

    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年

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  • 多孔質膜の細孔空間を用いた迅速・高感度なバイオセンサーの設計と展開

    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年

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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年

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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年

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  • 疾病診断に向けた膜透過型イムノセンサの表面構造制御

    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年

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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年

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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年

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産業財産権

  • 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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    出願人：国立大学法人東京工業大学, 日本化薬株式会社

    出願番号：JP2023018040  出願日：2023年5月

    特許番号/登録番号：特許第7454825号  登録日：2024年3月 

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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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    出願人：国立大学法人東京工業大学

    出願番号：特願2019-004554  出願日：2019年1月

    公開番号：特開2020-112486  公開日：2020年7月

    J-GLOBAL

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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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    出願人：国立大学法人東京工業大学

    出願番号：特願2019-004554  出願日：2019年1月

    公開番号：特開2020-112486  公開日：2020年7月

    特許番号/登録番号：特許第7231923号  登録日：2023年2月 

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 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

    研究課題/領域番号：25K01561  2025年4月 - 2029年3月

    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

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    配分額：18850000円 （ 直接経費：14500000円 、 間接経費：4350000円 ）

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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

    研究課題/領域番号：25K17877  2025年4月 - 2029年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究

    奥山 浩人

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    配分額：4680000円 （ 直接経費：3600000円 、 間接経費：1080000円 ）

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  • 複数のシグナル増幅機構で駆動する迅速・高感度な膜透過型マルチイムノアッセイ

    研究課題/領域番号：22K20476  2022年8月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    奥山 浩人

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    配分額：2730000円 （ 直接経費：2100000円 、 間接経費：630000円 ）

    本研究では高感度かつ実践的な医療検査を指向し、多孔質膜を基盤として用い、光学シグナルと圧力シグナルの両方で分子検出が可能なバイオセンサーの設計を行った。本研究で開発されたバイオセンサーは、光学シグナル、圧力シグナルをアウトプットに用いた場合、それぞれpg/ml及びng/mlの感度で分子検出が可能であり、その有用性が実証された。

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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

    研究課題/領域番号：23K21055  2021年4月 - 2025年3月

    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

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    配分額：17160000円 （ 直接経費：13200000円 、 間接経費：3960000円 ）

    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

    研究課題/領域番号：19J14006  2019年4月 - 2021年3月

    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

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    配分額：2100000円 （ 直接経費：2100000円 ）

    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。

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