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論文 【 表示 ／ 非表示 】

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• Real-time glucose monitoring biosensor system assesses the effects of different environmental light colors on Nile tilapia stress response

  Tengyu Liu, Haiyun Wu, Masataka Murata, Haruto Matsumoto, Hitoshi Ohnuki & Hideaki Endo , 2024年06月

  Fisheries Science , 90 , 745 - 754

  DOI

• Expanding Applicability of Wireless Biosensor System for Monitoring Fish Stress Response through Abdominal Interstitial Fluid

  Chihiro Morita,Haiyun Wu,Atsuki Takizawa,Masataka Murata, Haruto Matsumoto, Hitoshi Ohnuki, Hideaki Endo , 2023年08月

  Sensors and Materials , 35 (10) , 4501 - 4509

  DOI

• Modification of the oxygen radical absorbance capacity assay and its application in evaluating the total antioxidative state in fish

  T. Nakano, S. Hayashi, Y. Ochiai, H. Shirakawa, H. Wu, H. Endo, H. Yu , 2022年10月

  Advances in Redox Research , 6 , 100049

  DOI

• A novel interactive biosensor system for real-time remote stress response monitoring and visualization by using bi-directional data link

  H. Wu, K. Yamada, M. Murata, H. Matsumoto, H. Ohnuki, H. Endo , 2022年05月

  Biosens. Bioelecton.:X

  DOI

  OACIS論文情報URL

• Toward a Practical Impedimetric Biosensor: A Micro-Gap Parallel Plate Electrode Structure That Suppresses Unexpected Device-to-Device Variations

  H. Honda, Y. Kusaka, H. Wu, H. Endo, D. Tsuya, H. Ohnuki , 2022年04月

  ACS Omega , 7 (13) , 11017 - 11022

  DOI

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

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• テレワーク社会を支えるリモートセンシング

  遠藤英明, 呉 海云 , 2021年04月

  シーエムシー出版 , 第18章 魚の体調センシング , 0-0

• 酵素トランスデューサーと酵素技術展開～ウエアラブルIoTのためのリアルタイム酵素センシング編

  遠藤英明，呉 海云 , 2020年

  シーエムシー出版書籍 , バイオセンサによる魚類のストレス応答の可視化 , 44-51

• FOOD BIOSENSORS

  H. Wu and H. Endo , 2016年03月

  Royal Society of Chemistry , Biosensor systems for the monitoring of fish health and freshness in aquaculture (Chapter 18) , 414-431

• バイオセンサの先端科学技術と新製品への応用開発，技術情報協会編

  遠藤英明 , 2014年03月

  技術情報協会 , 第9章第9節「バイオセンサによる迅速・簡便な魚類の健康診断～さかなドックの創出に向けて～」 , 377-382

• 生物学辞典

  石川統 他　編 , 2010年05月

  東京化学同仁 , 用語解説のため無し , 1006p, 1008p

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科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】

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• 次世代に向けた魚類のためのスマートバイオセンシングの創出に関する研究

  研究期間:  2021年04月  -  2025年03月  代表者:  遠藤英明

  基盤研究(B)  研究代表者  23K21235 

  本研究では，次世代の魚類の生体計測を念頭に，生体内情報の可視化，計測，伝達を可能とするスマートバイオセンシングシステムを創出することを目的とする．特に，魚の生理状態を把握するために要望が高い測定項目（ストレス応答の測定，抗病性の評価，産卵時期の予測，雌雄の判別等）に焦点をあて，これらの計測情報をヒトにわかりやすくリアルタイムに伝達できる新しいシステムの構築を目指す．

• 魚の生理状態の可視化と測定：双方向通信技術を用いた魚類のためのバイオセンシング

  研究期間:  2017年04月  -  2021年03月  代表者:  遠藤 英明

  基盤研究(B)  研究代表者  17H03871 

  本研究の目的は，双方向通信技術を用いて，遊泳している魚の生理状態を目視により簡単に判別でき，さらに指標物質となる各種パラメーターを定量的にリアルタイムモニタリングできる新しいバイオセンシングシステムを創出することである．今年度は，魚類の生理状態を把握するための各種バイオセンサシステム（ストレスの一次応答測定，魚病診断）の製作および双方向通信回路の基本設計を行った．
  まず，ストレスの一次応答を測定するために新しいコルチゾル測定用バイオセンサの作製を行った．本研究では，将来的にバイオセンサを魚体内に留置することを計画しているため，生体にやさしいセンサシステムの開発を試みた．我々がこれまでに開発したコルチゾル測定用センサは，電子メディエーターにフェリシアン化カリウムを用いていたため，生体への毒性が懸念されていた．そこで，センサの測定系に抗-コルチゾル抗体と共に酵素（グルコースオキシダーゼ）を用いることにより，新しい免疫バイオセンサシステムを構築した．次に，コルチゾルの連続測定を可能にするために，バイオセンサが迅速交換可能なチェンジャーシステムと微小バイオセンサを設計・製作し，これらをフローシステムに組み込むことにより，コルチゾルの迅速・簡便な測定法を確立した．さらに，魚病診断のためのバイオセンサとして，エドワジェラ・イクタルリ（E. ictaluri）を検出するためのシステムの開発を試みた．本研究では，抗-E. ictaluri抗体を固定化した免疫磁性ビーズを用いて菌体を特異的かつ効率的に濃縮し，それをPCR法の測定試料とすることにより，従来よりもE. ictaluriを高感度に検出できるシステムを構築した．
  一方，双方向通信については，次年度の計画に対応した電子回路の設計を行い，試作機を製作した．
  コルチゾル測定用バイオセンサについては，酵素反応と免疫反応を組み合わせた全く新しいバイオセンサを構築することにより，コルチゾル濃度1.0～200 ng/mlの定量が可能であった．この値は， 従来のイムノセンサの測定最大限界値の約20倍の値を示した．次に，本センサの特異性を検討したところ，上記の他種ホルモンには応答しないことが確認され，コルチゾルの特異的検出が可能であることがわかった．また，魚病診断については，考案したシステムを用いてE. ictaluriの検出を試みたところ，1ml当たり100 cfuまでの菌体溶液で検出が可能であり，従来のPCR法と比較して約100倍の検出感度を実現することができた．一方，試作した双方向通信回路の作動については，次年度の研究計画に十分対応できることが確認できた．
  さらに，これら研究成果の一部を2017年9月に東京都で開催された日本水産学会創立85周年記念国際シンポジウム，International Symposium “Fisheries Science for Future Generations”において発表したところ，Best Student Presentation Awardsを受賞することができた．[発表題目：Development of a immunosensor system using enzyme reaction for detecting oocyte maturation-inducing hormone in fish (Y. Saito, H. Wu, H. Ohnuki, H. Endo)]
  以上の理由から，本研究の進捗状況は計画通り順調に進展していると考えている．
  平成30年度は前年度に引き続き，コルチゾル測定用バイオセンサのフローシステムの更なる改良，ストレス応答測定のための双方向通信システムの試作機の魚体への装着を遂行する．また，魚の排卵時期を予測するためのバイオセンサについても併せて開発を試みる．まず，コルチゾルセンサについては，電極部分をさらに微小化し，コルチゾルの連続測定が可能なフロー式バイオセンサシステムを製作する．すなわち，自己組織化単分子膜を利用して抗-コルチゾル抗体及びGOxを微小金電極に固定化することにより，前年度よりもより微小なバイオセンサを作製し，これにマイクロポンプ，試料用チューブ流路を組み合わせることにより，微小フローシステムを製作する．次に，双方向通信システムについては，前年度の試作機を供試魚（ナイルティラピア）に装着し，魚を遊泳させた状態で双方向電波通信によりセンサの校正を行いながら，同時にストレス応答のモニタリングを試みる．さらに，排卵時期の予測については，魚類が排卵前に17α,20β-dihydroxy-4-pregnen3-one（DHP）を急激に分泌することに着目し，これを指標とした生体にやさしいDHP測定用バイオセンサの製作を行う．

• バイオセンサによる魚類のユーストレス／ディストレスの解明：魚に良いストレスとは？

  研究期間:  2016年04月  -  2019年03月  代表者:  遠藤 英明

  挑戦的萌芽研究  研究代表者  16K14969 

  本研究では，研究代表者が製作した「魚類のためのストレス応答測定用バイオセンサ」を利用して，魚にとって有益なストレス（ユーストレス[Eustress]））と有害なストレス（ディストレス[Distress]）の関連性を解明することを目的とする．
  今年度は，飼育水の水位変動によるストレス応答，及び塩化ナトリウム含有飼育水が魚類のストレス回復に及ぼす影響を調べた．また，次年度の計画にあるストレス因子としての光の影響を検討するため， LEDを用いた新しい照射システムの設計・製作を行った．まず，前年度に作製されたグルコースバイオセンサを，試験魚となるティラピアに装着し，飼育水の水位変動によるストレス応答モニタリングを行った．その結果，飼育水位の低下が供試魚にストレスとなり，魚体高と同じ高さまで水位が低下すると，魚に対して大きなストレスとなることが明らかとなった. 次に，種々の塩化ナトリウム濃度（0, 0.1, 0.5 %）における飼育水中で3日間飼育した魚にバイオセンサを装着し，ストレスを負荷（10分間空気中に曝露し）した後，水槽に戻した際のストレス回復のモニタリングを行った．その結果，魚体を空気中へ曝露させることによって血糖値の大幅な上昇が確認されたが，その後の回復については，各塩化ナトリウム濃度において優位な差は認められなかった．一方，光の照射条件が統一できる新たな照射システムの製作を行ったところ，LED照射面に高い光透過率と光学的歪の少ない特性をもつガラス素材を使用することにより，魚体への照射を効率的に行うことができた．
  本研究は，ストレス応答測定用バイオセンサを用いることにより「魚の真のストレス応答」を測定・解析し，魚類の行動と生理との間に新たな相関関係を見出し，「魚類にとってのユーストレス／ディストレスの解明」を探索することを目標としている．本年度は，この目的を実現するために，各種ストレス因子の検討および新しい光照射システムの設計・製作を行った．各種ストレス因子の検討については，水位の変化が魚のストレッサーとして有効であることがわかった．また，飼育水の塩化ナトリウム濃度については，いずれの濃度においてもストレスの回復に顕著な差は認めらず，ストレッサーとしての塩化ナトリウムの濃度変化は，ユーストレスにもディストレスにもあてはまらないことを結論づけた．次に，次年度に向けてのLEDを光源とした新しい光照射システムの設計および製作を行ったところ，今後の実験計画に十分に対応できるシステムを構築することができた．
  さらに，本研究成果の一部を2017年9月に東京都で開催された日本水産学会創立85周年記念国際シンポジウム，International Symposium “Fisheries Science for Future Generations”において発表したところ，Best Student Presentation Awardsを受賞することができた．[発表題目：Exploration of fish eustress using wireless biosensor system (H. Takahashi, M. Nakayama, H. Wu, T. Arimoto, T. Nakano, H. Endo)]
  以上の理由から，本研究の進捗状況は計画通り順調に進展していると考えている．
  次年度は，魚類のストレス応答に及ぼす光照射の影響に着目して，それらストレッサーの効果について検討する．まず，バイオセンサを試験魚（ティラピア）の眼球外膜間質液（EISF）へ挿入し，無線通信型ポテンシオスタットから+650 mVの電圧を印加して, 得られた出力電流値から供試魚の血中グルコース濃度を測定し, これにより魚のストレス応答モニタリングを行う．そしていくつかの飼育試験区を設け，各波長の光（LEDによる一定波長）が照射された水槽中で血中グルコース濃度が平常値になるまで馴致する．この時，魚は光の波長変化により一時的にストレス応答を示すが，時間と共に馴致し，やがて元の状態に戻ると予想される．次にこれらの魚に，致死には至らないが生死を分けるような強い刺激（ここではユーストレス／ディストレスとは別の意味での強いストレス刺激，例えば空気中曝露）を負荷し，その後のストレス応答の回復履歴を経時的に解析する．これにより，ストレス応答のレベルや回復履歴を対照区と比較し，そのレベルがコントロールより高い場合や回復が遅い場合のストレッサーはディストレスとなり，レベルが低い場合や回復が早い場合のストレッサーはユーストレスとなるという仮説を立てることで，両者の解明への糸口が得られるものと考えている．

• 魚類のストレスの見える化：可視光通信技術を用いたバイオセンシングシステムの創出

  研究期間:  2014年04月  -  2017年03月  代表者:  遠藤 英明

  基盤研究(B)  研究代表者  26292114 

  本研究は，魚類のストレス応答を測定するために，可視光通信技術を用いた新しいバイオセンシングシステムを創出することを目的とした．まず，ストレスの一次応答測定のためのコルチゾル測定用イムノバイオセンサを，抗体，カーボンナノチューブ，金電極等を用いて製作した．次に，ストレスの二次応答測定および抗病性評価のためのグルコース/コレステロール同時計測用酵素バイオセンサを，酵素，カーボンナノチューブ，微小電極等を用いて製作した．さらに，グルコースセンサ，LED型光送信機および受光器より構成される可視光通信システムを構築し，魚のストレス応答のバイオセンシング試み，そのリアルタイムモニタリングを可能にした．

• 新規櫛型電極による非標識バイオセンサの高感度化

  研究期間:  2013年04月  -  2016年03月  代表者:  大貫 等

  基盤研究(C)  研究分担者  25390050 

  電気化学法インピーダンス法によるセンシングは優れた特性を有する．しかし，インピーダンス信号の微弱さが測定精度の低下を引き起こしている．そこで本研究では，信号強度の増大のための試みを行った．
  まず櫛形電極の側面部を絶縁層で覆い，平滑な表面となる電極中央部に電場を集中させた．しかし，信号強度は逆に低下する傾向が見られた．そこで分子長および末端基の異なる二種類の分子を用いて混合比の異なる単分子膜を作製し，欠陥構造を意図的に導入した．測定の結果，多くの欠陥構造を導入した試料（75 % ）で高いシグナル強度が得られた．これらの結果に基づき，構造欠陥によるシグナル増強のメカニズムを提案した．

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