自然共生システム学講座
環境生命機能学分野

秘書

Environmentally Benign Systems

高野 聡美

Environmental Bioengineering

マイクロ・ナノ電極を利用する環境・医工学バイオセンサデバイスおよび材料評価システムの開発
Development of Environmental/Biomedical Sensors and Visualization Systems
for Material Functions with Micro/Nano Electrodes

研究補佐員

大宮 明子
渡辺 梨乃

教授 珠玖 仁准教授 伊野 浩介

准教授 井上 久美

准教授 熊谷 明哉

助教 梨本 裕司

（工学研究科 兼任）
Professor（工学研究科 兼任）
Associate Professor（山梨大学 兼任）
Associate Professor（材料科学高等研究所、物質・材料研究機構 兼任）
Associate Professor（学際科学フロンティア研究所、 （学際科学フロンティア研究所、工学研究科 兼任）
材料科学高等研究所 兼任）
Assistant Professor
Assistant Professor

Hitoshi Shiku

現在、微小なデバイスのバイオ応用・環境モニタリングに大きな期待が寄せられている。これらのデバイスを用いることで、これまで難しかった生体現象を観察することや、簡便かつ迅速な環境評価・医療用検査が可能になっている。また、生体を模倣した微小な細胞チップを作製することで、再生医療応用や生体内での化学物質のモニタリングが可能になる。このような目的のために、我々はマイクロ・ナノシステムを組み込んだ電気化学デバイスの開発を行った。図 1 に研究室のメンバーの写真を示す。

Kosuke Ino

Kumi Y. Inoue

Akichika Kumatani

走査型電気化学セル顕微鏡を用いた材料評価
走査型電気化学セル顕微鏡（scanning electrochemical cell

Conference presentations

Biosensors for tissue-mimetic models受賞○伊野浩介（准教授）：東北分析化学賞（日本分析化学会東北支部奨励賞）

テムとして完成させた（図 2）。

We developed several sensing platforms for the vascular models.
Microfluidic devices consisting of vascular networks and spheroids
were prepared, and we showed that scanning electrochemical microscopy(SECM) is an effective means to evaluate respiratory activity of cellularspheroids treated with drugs (Fig.2).

生体分子の高感度センサの開発

Highly sensitive biosensors

れが付与可能なマイクロ流体デバイス内に構築し、走査型電気化学顕微鏡（SECM）で細胞活性評価を行い、薬剤評価が可能なシスカスケード反応によるシグナル増幅システムを有するイムノアッセイ

細胞機能計測のための電気化学発光システムの開発
電気化 学反 応で 発 光する現 象である電気化 学発 光（e l e c t ro
chemiluminescence: ECL）を利用した細胞機能計測システムを開発した（図 4）。例えば、培養方法の違いによる細胞接着形式の変化の可視化に成功した。

3 次元培養組織を作製するため、細胞足場材料であるハイドロゲルが用いられている。そこでハイドロゲルを組み合わせる技術が求められていた。そこで、電気化学反応を利用したハイドロゲルを接着させる技術を開発した（図 5）。この技術を進めば、心臓のような複雑Electrochemiluminescence imaging
for cell analysis
We proposed electrochemiluminescence (ECL) imaging by converting
electrochemical reactions to optical signals. In this year, we developed
the ECL system for visualizing cellular adhesion of vascular cells (Fig.4).

Electrochemical gluing of hydrogels
For fabrication of three-dimensional tissues, hydrogels as scaffolds arewidely utilized. A method for assembling hydrogels is desired. In thisyear, we developed an electrochemical system for gluing of hydrogels(Fig.5). In the future, this technique will be utilized to fabricate complex
tissues and organs.

○井上久美（准教授）：優秀ポスター賞（第 4 回 COI 学術交流会）○井上久美（准教授）：優秀賞（山梨大学男女共同参画学術研究奨励賞）
○熊谷明哉
（准教授）
：材料科学世界トップレベル研究拠点長賞（東北大学）○岩間智紀（D3）：東北大学総長賞○伊藤健太郎（D3）：優秀学生講演賞（2022 年電気化学秋季大会）○伊藤健太郎（D3）：東北分析化学奨励賞（日本分析化学会）○伊藤千聖（M1）：最優秀賞、DOWA 賞（第 4 回環境科学討論会）○佐藤覚仁（M1）：ポスター賞（化学系学協会東北大会）

学術雑誌での表紙、注目論文（図 6）○ Analytical Chemistry, 94, 16451, 2022. Selected as a cover.
○ Analytical Chemistry, 94, 12427, 2022. Selected as a cover.
○ Analytical Sciences, 38, 1297, 2022. Selected as a hot article.
○ Micromachines, 13, 420, 2022. Selected as a feature paper.

Awards-Kosuke Ino (Associate Professor): Award of Analytical Chemistry inTohoku (The Japan Society for Analytical Chemistry, Tohoku Branch)-Kosuke Ino (Associate Professor): Award of Shorei-sho (Society for
Chemistry and Micro-Nano Systems)-Kumi Inoue (Associate Professor): Poster Award (4th COI Conference)-Kumi Inoue (Associate Professor): Academic Award (Gender Equality
Office, University of Yamanashi)-Akichika Kumatani (Associate Professor): Core Research Cluster for
Materials Science President's Award (Tohoku University)-Tomoki Iwama (D3): President's Award (Tohoku University)-Kentaro Ito (D3): Excellent Presentation Award (ECSJ Fall meeting,2022)-Kentaro Ito (D3): Award of Tohoku Analytical Chemistry (The Japan
Society for Analytical Chemistry)-Chisato Ito (M1): Excellent Presentation Award, DOWA Award (4thAcademic Forum on Environmental Studies)-Akihito Sato (M1): Poster Award (Joint Meeting of the Tohoku Area
Chemistry Societies)

Journal Covers, Featured Papers,and Hot Articles-Analytical Chemistry, 94, 16451, 2022. Selected as a cover.
-Analytical Chemistry, 94, 12427, 2022. Selected as a cover.
-Analytical Sciences, 38, 1297, 2022. Selected as a hot article.
-Micromachines, 13, 420, 2022. Selected as a feature paper.

な臓器形成が期待できる。
Fig.4 ECL imaging of cellularadhesion of human umbilicalvein endothelial cells (HUVECs).
Reprinted with permission fromElectrochimica Acta (415, 140240,2022). Copyright 2022 Elsevier.

Fig.1 Photo of members in 2022.

48 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 SECM for analysis of a spheroid integrated
with a vascular network. Reprinted withpermission from Biosensors and Bioelectronics(219, 114808, 2023). Copyright 2022 Elsevier.

Fig.3 Immunoassay using thrombin cascade forsignal amplification. Reprinted with permission from
Analytical Chemistry (94, 12427, 2022). Copyright2022 American Chemical Society.

Fig.5 Electrochemical gluing ofhydrogels via an electrochemicalreaction. Copyright 2022 by theauthors. Licensed under CC BY 4.0.

Fig.6 Journal covers. Reprinted from
Analytical Chemistry. Copyright 2022
American Chemical Society.

Coexistence Activity Report 2022

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

ハイドロゲルの電気化学接着技術の開発

We reported the immunoassay system based on cascade reactions for
signal amplification (Fig.3).

○伊野浩介（准教授）：奨励賞（化学とマイクロ・ナノシステム学会）

More than 50 presentations were given, including four special lectures,
one plenary talk, and 12 invited lectures.

先端環境創成学専攻

システムを開発し、モデル物質の高感度計測を実現した（図 3）。

Scanning electrochemical cell microscopy
for evaluation of 2D materials

学会発表
学会発表を行った。

血管モデル用のセンサシステムを複数報告した。血流を模した流

Hiroki Ida

利用できる。

二次元材料の評価を行った。これらの結果は、材料設計の指針に招待講演・依頼講演 4 件を行った。これらを含め、30 件以上の生体モデル（ 細胞凝集塊、血管）用センサの開発

遠藤 梨奈

Scanning electrochemical cell microscopy (SECCM) was used toevaluate hydrogen evolution reaction (HER) and other reactions of 2Dmaterials. Electrochemical images of SECCM can be utilized to design
2D materials.

microscopy: SECCM）を用いて、水素発生反応などのためのMicro/nano-devices are in continual demand in biological science and engineering, as well as achieving in accurate analytical information. We havedeveloped micro/nano-electrochemical systems for environmental/biomedical applications and the evaluation of battery materials. We are also
investigating the role of the tissue microenvironment, utilizing a microfluidic device, and scanning probe microscopy. These devices are useful inenvironmental monitoring, medical, and engineering applications. Figure 1 shows a photo of members.

Yuji Nashimoto

助教 井田 大貴49