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分野グループ・研究チーム(ライフサイエンス)

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ライフサイエンス4 早出研究チーム

自律型センシングアクテュエータを搭載する新規バイオデバイスの開発

代表者について

早出 広司

所属研究機関 工学研究院
部門 工学研究院
役職 生命機能科学部門
URL 教授

外国人研究者について

Christopher Robin Lowe

所属研究機関 ケンブリッジ大学(英国)
部門 Department of Chemical Engineering and Biotechnology
役職 教授
URL http://www.ceb.cam.ac.uk/directory/chris-lowe

Ashok Mulchandani

所属研究機関 カリフォルニア大学リバーサイド校(米国)
部門 Chemical and Environmental Engineering Department
役職 教授
URL http://www.engr.ucr.edu/~adani/

Antonio Ortega

所属研究機関 南カリフォルニア大学(米国)
部門 Department of Electrical Engineering - Systems
役職 教授
URL http://ee.usc.edu/faculty_staff/faculty_directory/ortega.htm

David Klonoff

所属研究機関 Mills-Peninsula Health Services in San Mateo (米国)
部門 Endocrinology, Diabetes and Metabolism
役職 教授(Clinical Professor)
URL http://www.mills-peninsula.org/dr-david-klonoff.html

研究者一覧

清水 昭伸(工学研究院・教授)、並木 美太郎(工学研究院・教授)、前橋 兼三(工学研究院・教授)、David Klonoff(University of California, San Francisco・Clinical Professor)

研究概要

グルコースをはじめとする糖尿病のマーカーの計測および血糖値管理に資するセンシング技術は糖尿病の治療には不可欠な技術である。

本学におけるバイオセンシング技術に関する教育研究の成果は我が国のトップクラスの実績を有しており、現在、直接電子移動型グルコース計測技術の実現や、BioCapacitorという独創的なバイオデバイスを組み合わせることで、外部電力を必要としないスタンドアローンのグルコースセンシングシステムの開発等に成功している。

本研究チームでは、本学において開発されてきた要素技術を統合し、世界的な技術水準の観点に基づくシステム開発、高度なビッグデータ解析かつ科学的知見に基づく原理の検証、糖尿病ケアの現場からの技術評価等のもと、世界に先駆けた新規バイオデバイスの開発を推進する。

研究目的

本研究では、本学におけるバイオセンシングの要素技術ならびに関連技術を融合し、独創的かつ先鋭的なバイオデバイスを創成する。

本学におけるバイオセンシング技術は、試料の逐次計測・リアルタイム計測、測定対象については分子、細胞、組織、個体と医療診断計測の全ての領域を網羅することが可能である。これまでに開発してきた BioCapacitorという独創的なバイオデバイスの発展型として、グルコース濃度を計測し、そのグルコースの濃度によってポンプを駆動させる自律型バイオセンシングアクチュエータの開発にも成功している。

本チームは、全く新しい概念の医療支援機器「自律型センシングアクチュエータを搭載する新規バイオデバイスの開発」を目指すため、直接電子移動型の酵素の研究、および新規バイオセンシング技術を開発してきた研究代表者と各種バイオセンシング技術に長けた本学研究者の研究グループに加え、バイオセンシング技術を統合する立場でこれらの技術融合を俯瞰的に指導していただく本研究領域の第一人者、センシングにより計測されたビッグデータの解析やデータマイニングを担当する信号処理およびバイオエレクトロニクス研究における世界的権威、さらに糖尿病技術先進国であるアメリカにおける人工すい臓プロジェクトを推進する外国人研究者により研究チームを結成し、新世代のバイオデバイスを提案することを目的とする。

研究計画

本研究では、本学において推進されてきた直接電子移動型のバイオエレクトロニクス研究の特徴を発揮することで、グルコース計測に基づきインスリン等の投薬が可能な自律型の新規バイオデバイスの開発をめざす。

我々が開発したバイオセンシング技術であるBioCapacitorを活用し、皮下埋め込み用の直接電子移動型酵素電極の開発を推進する。さらにこの電極により作動するチャージポンプならびにキャパシタから構成されるBioCapacitorの回路を設計するとともに、同回路によって駆動する低電力型マイクロコンピュータおよび駆動するマイクロアクチュエータを組み合わせることで、目的とする自律型の新規バイオデバイスを開発する。

本チームメンバーは、本学におけるバイオセンシング技術、バイオエレクトロニクス関連技術、システムソフトウェア研究の専門家、さらに、システム開発、信号処理、バイオエレクトロニクス、糖尿病ケアの現場にて技術開発を先導する海外からの著名な研究者から構成される。

本研究では、要素技術を開発するとともに、システムとしての技術融合、センシングにより得られたビッグデータの解析、新しい知識発見に結びつけるためのデータマイニングの方法等について検証する。さらにバイオエレクトロニクスの観点から詳細な解析を進めることにより技術の要となる直接電子移動型の酵素反応を最適化する。また、同システムを実際に医療現場にて応用するための評価を行い、本開発技術の製品化を軸とした新たな大学発ベンチャーの起業の可能性も模索する。

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