2022/01/25 更新

写真a

コホリ フカシ
小堀 深
所属
理工学術院 先進理工学部
職名
講師(専任)

兼担

  • 理工学術院   大学院先進理工学研究科

学内研究所等

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学歴

  •  
    -
    2000年

    早稲田大学   理工学研究科   応用化学  

  •  
    -
    2000年

    早稲田大学   理工学研究科   応用化学  

  •  
    -
    1996年

    早稲田大学   理工学部   応用化学  

学位

  • 早稲田大学   博士(工学)

  • Waseda university   Ph. D.

経歴

  • 2001年
    -
     

    :早稲田大学理工学部 専任講師

  • 2000年
    -
    2001年

    :早稲田大学理工学部 助手

所属学協会

  •  
     
     

    高分子学会

  •  
     
     

    日本膜学会

  •  
     
     

    化学工学会

  •  
     
     

    ヨーロッパ腎臓・透析・移植学会

 

研究分野

  • 移動現象、単位操作

研究キーワード

  • 医用化学工学、膜分離、結晶

研究シーズ

論文

  • Analysis of Morphological Changes in Monosodium Urate Monohydrate Crystals for Gout Treatment

    Momoko Oda, Izumi Hirasawa, Fukashi Kohori

    Chemical Engineering and Technology   43 ( 6 ) 1087 - 1092  2020年06月

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    Gout is arthritis induced by monosodium urate monohydrate (MSU) crystals. The treatment of gout is mainly a symptomatic treatment, by suppressing the blood uric acid concentration with drugs. Here, the changes in crystal morphology in the process of MSU crystallization were investigated. Experiments were conducted to clarify the mechanisms of nucleation and growth of the MSU crystals, revealing that MSU first precipitated as granular crystals. Thereafter, nucleation and growth of needle-like crystals were observed concomitant with the disappearance of the granular crystals. These results suggest that it is necessary to suppress the nucleation of granular crystals and the change in morphology from granular to needle-like of the MSU crystals that cause gout.

    DOI

  • Shape Change and Growth Behavior of Monosodium Urate Monohydrate in a Gout Model

    Chihiro Ozono, Izumi Hirasawa, Fukashi Kohori

    CHEMICAL ENGINEERING & TECHNOLOGY   40 ( 7 ) 1231 - 1234  2017年07月  [査読有り]

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    Deposition of needle-shaped monosodium urate monohydrate (MSU) crystals in synovial fluid provokes the acute inflammatory response of gout. The mechanism of MSU crystallization was investigated in batch operation under the same pH and Na+ concentration of synovial fluid. It was found that stirring enhanced the aggregation of needle-shaped MSU, and the deposition of MSU was faster and larger in amount. MSU crystals in supersaturated urate solution were detected by dynamic light scattering and UV absorption, suggesting that the urate concentration affected not the crystal growth but nucleation. Since the increase of the number of MSU crystals is assumed to cause a high risk of gout, this result supports the importance of the control of serum urate level as a treatment of gout.

    DOI

  • Molecular design of biodegradable polymeric micelles for temperature-responsive drug release

    Masamichi Nakayama, Teruo Okano, Takanari Miyazaki, Fukashi Kohori, Kiyotaka Sakai, Masayuki Yokoyama

    JOURNAL OF CONTROLLED RELEASE   115 ( 1 ) 46 - 56  2006年09月  [査読有り]

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    We designed thenno-responsive and biodegradable polymeric micelles for an ideal drug delivery system whose target sites are where external stimuli selectively release drugs from the polymeric micelles. The thermo-responsive micelles formed from block copolymers that were composed both of a hydrophobic block and a thermo-responsive block. Poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-dimethylacrylamide) showing a lower critical solution temperature (LCST) around 40 degrees C was synthesized for the thermo-responsive block, while biodegradable poly(D,L-lactide), poly(epsilon-caprolactone), or poly(D,L-lactide-co-epsilon-caprolactone) was used for the hydrophobic block. By changing both the block lengths of the poly(D,L-lactide)-containing block copolymers, physical parameters such as micelle diameter and critical micelle concentration were varied. On the other hand, the choice of the hydrophobic block was revealed to be critical in relation to both on the thermo-responsive release of the incorporated anticancer drug, doxorubicin, and the temperature-dependent change of the hydrophobicity of the micelles' inner core. One polymeric micelle composition successfully exhibited rapid and thermo-responsive drug release while possessing a biodegradable character. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI

  • Three-dimension numerical evaluations of blood flow and dialysate flow in a hollow fiber dialyzer

    F Kohori, K Sakai

    INTERNATIONAL JOURNAL OF ARTIFICIAL ORGANS   29 ( 5 ) 529 - 529  2006年05月  [査読有り]

  • Evaluation of the activity of endotoxin trapped by a hollow-fiber dialysis membrane

    K Yamamoto, M Matsuda, M Hayama, J Asutagawa, S Tanaka, F Kohori, K Sakai

    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE   272 ( 1-2 ) 211 - 216  2006年03月  [査読有り]

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    dialysis patients are at risk of amyloidosis attributed to Et. This suggests that Et may affect the blood even if it does not mix with the blood. The objective of the present study is to evaluate the activity of Et trapped by membranes. We made mini modules out of hollow fibers using three different types of membranes and filtered Et solution. The lumen of the hollow fibers was then filled with limulus amebocyte lysate (LAL) for 15 min at 310 K. Et activity was then determined by measuring absorbance of the LAL reagent. The surfaces of test membranes were studied using an atomic force microscope. With polyester polyrner alloy (PEPA), no Et leakage or Et activity was detected in the hollow fibers under any conditions. With polysulfone (PS) and polyether sulfone (PES), no Et leakage was detected under clinical conditions, but Et activity was detected in the hollow fibers. These results show that Et trapped by the inner skin may affect the blood, even if Et does not mix with the blood. Therefore, Et should be trapped by an outer skin or the part somewhat far from the blood which does not contact with the blood directly. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI

  • 人工肺モジュールのコンピュータによる至適設計

    膜 (MEMBRANE)   30 ( 6 ) 335 - 338  2005年11月

  • Membrane fouling and dialysate flow pattern in an internal filtration-enhancing dialyzer

    Ken-Ichiro Yamamoto, Michihito Hiwatari, Fukashi Kohori, Kiyotaka Sakai, Makoto Fukuda, Tatsuo Hiyoshi

    Journal of Artificial Organs   8 ( 3 ) 198 - 205  2005年09月

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    For efficient removal of large molecular weight solutes by dialysis, several types of internal filtration-enhancing dialyzers (IFEDs) are commercially available. However, in a pressure-driven membrane separation process (i.e., filtration), membrane fouling caused by adhesion of plasma proteins is a severe problem. The objective of the present study is to investigate the effects of internal filtration on membrane fouling based on the membrane's pure-water permeability, diffusive permeability, and sieving coefficient. Hemodialysis experiments were performed with two different dialyzers, IFEDs and non-IFEDs. Local membrane fouling in each dialyzer was evaluated by measuring the pure-water permeability, the diffusive permeability, and the sieving coefficient of native membranes and membranes treated with bovine blood. The effects of packing ratio on dialysate flow pattern were also evaluated by measuring the time required for an ion tracer to reach electrodes placed in the dialyzers. In the IFED, membrane fouling caused by protein adhesion is increased because of enhanced internal filtration only at the early stage of dialysis, and this fouling tends to occur only near the dialysate outlet port. However, enhanced internal filtration has little effect on measured membrane transfer parameters. © The Japanese Society for Artificial Organs 2005.

    DOI PubMed

  • Optimization of convection and diffusion on hemodiafiltration by computational analysis

    F Kohori, K Sakai

    NEPHROLOGY DIALYSIS TRANSPLANTATION   20   V118 - V118  2005年06月  [査読有り]

  • Oxygen transfer performance of a membrane oxygenator composed of crossed and parallel hollow fibers

    Biochemical Engineering Journal   24 ( 2 ) 105 - 113  2005年06月

  • Rearrangement of hollow fibers for enhancing oxygen transfer in an artificial gill using oxygen carrier solution

    K Nagase, F Kohori, K Sakai, H Nishide

    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE   254 ( 1-2 ) 207 - 217  2005年06月  [査読有り]

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    Using the derived mass transfer correlations for hollow fibers, hollow fiber arrangements were optimized for an artificial gill that uses an oxygen carrier solution. FC-40, a perfluorocarbon (PFC), was used as the oxygen carrier solution. In the oxygen uptake module, a hollow fiber arrangement with parallel coiled hollow fibers is preferred. The optimum outside diameter of the hollow fibers and the transverse pitch between them are 300 and 500 μ m. respectively. In the oxygen release module, a hollow fiber arrangement of straight parallel hollow fibers is preferred. The optimum outside diameter of the hollow fibers and transverse pitch between them are 300 and 500 μ m, respectively. In the case of humans, the scaling up was estimated from the oxygen transfer rates using these optimum hollow fiber arrangements. The required total membrane surface area is 50.8 m(2), the total delivered pumping energy is 124 W, and the oxygen partial pressure in inspiration is 17.8 kPa. Importantly, the total membrane surface area required was significantly reduced using the modules with an optimum hollow fiber arrangement in comparison with that using connected membrane oxygenators as a gas exchanger. The optimization of hollow fiber arrangements in an artificial gill significantly enhances oxygen transfer from water to air. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI

  • The photoresponse of a molybdenum porphyrin makes an artificial gill feasible

    K Nagase, U Hasegawa, F Kohori, K Sakai, H Nishide

    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE   249 ( 1-2 ) 235 - 243  2005年03月  [査読有り]

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    An artificial gill has been developed that transfers oxygen from water to air, using oxo-molybdenum(IV)5,10,15,20-tetramesitylporphyrin ((MoO)-O-IV(tmp)) dissolved in o-xylene as an oxygen carrier solution and the energy of visible light. The oxygen partial pressure in the oxygen carrier solution is changed by photo-irradiation to enhance both the oxygen uptake from water and the oxygen release to air. The ratio of the oxygen mass transfer coefficient of the oxygen carrier solution to that of water is 0.746 for oxygen uptake and 0.654 for oxygen release. In designing a large-scale artificial gill for supplying oxygen to a closed space underwater such as submerged vessel, the required membrane surface area, the seawater flow rate and the reservoir tank volume were 123 m(2), 0.00533 m(3) s(-1), and 5.06 m(3), respectively. These values increased as the oxygen partial pressure of seawater decreased. However, the high partial pressure of oxygen required for human respiration (20.0 kPa) can be provided in a closed space even from seawater with an oxygen partial pressure as low as 10.0 kPa. This newly developed artificial gill may be useful for deep sea activities, such as underwater exploration, marine research and underwater habitation. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI

  • Hollow-fiber blood-dialysis membranes: superoxide generation, permeation, and dismutation measured by chemiluminescence

    Journal of Artificial Organs   8 ( 4 ) 257 - 262  2005年

  • Effect of electrostatic interactions on gate effect in molecularly imprinted polymers

    K Hattori, Y Yoshimi, T Ito, K Hirano, F Kohori, K Sakai

    ELECTROCHEMISTRY   72 ( 7 ) 508 - 510  2004年07月  [査読有り]

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    The mechanism of the change in diffusive permeability of nanometer-ordered thin layers of molecularly imprinted polymer (MIP) in the presence of its template is examined and discussed based on electrostatic interactions. In this work, the theophylline-imprinted copolymer of ethyleneglycol dimethacrylate and methacrylic acid (Theo-MIP) is grafted onto indium-tin oxide (ITO) as an electrode for cyclic voltammetry of ferrocyanide with the grafted ITO, and the permeability of the Theo-MIP is estimated from the faradic current. The permeability is found to decrease with increasing pH, and the change in permeability due to the presence of the template is found to decrease with increasing concentration of the supporting electrolyte. These results indicate that the layer of grafted copolymer swells due to electric repulsion between carboxyl groups, representing a major factor in the gate effect of the Theo-MIP. If the grafted layer is considered to be porous, the porosity of Theo-MIP should increase as the polymer shrinks, and decrease as it swells. The increase in the permeability of the MIP in the presence of the template is therefore due to the increase in porosity due to shrinking.

  • How polysulfone dialysis membranes containing polyvinylpyrrolidone achieve excellent biocompatibility?

    M Hayama, K Yamamoto, F Kohori, K Sakai

    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE   234 ( 1-2 ) 41 - 49  2004年05月  [査読有り]

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    Polysulfone (PS) dialysis membranes hydrophilized by blending poly vinylpyrrolidone (PVP) are well known to have excellent biocompatibility in clinical use. The objective of the present study is thus to clarify how PVP improves biocompatibility of PS membranes and furthermore to develop a patient-friendly PS dialysis membrane with higher biocompatibility. Biocompatibility based on both lactate dehydrogenase (LDH) activity and amount of protein adsorption was greatly different among four commercially available PS hollow-fiber dialysis membranes. PVP present on the inner surface of the hollow fiber was quantitatively determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), demonstrating the amount of PVP to be varying for each membrane. Structure parameters such as surface roughness, three-dimensional surface area and polymer particle diameter, indications of the physicochemical properties of the membranes, were measured on the observed inner surface images in both wet and dry conditions by atomic force microscopy (AFM) to account for dependence of biocompatibility on these structure parameters. The higher regularity polymer particle structure has in the wet condition, the lower wet/dry ratio surface roughness has and the larger wet/dry ratio polymer particle diameter has, that is, the more greatly the polymer particles swell by wetting, the higher biocompatibility is achieved by "cushion effect". (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI

  • Gate effect of theophylline-imprinted polymers grafted to the cellulose by living radical polymerization

    K Hattori, M Hiwatari, C Iiyama, Y Yoshimi, F Kohori, K Sakai, SA Piletsky

    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE   233 ( 1-2 ) 169 - 173  2004年04月  [査読有り]

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    Morphology and solute diffusive permeability of thin layer of molecularly imprinted polymer (MIP) change in the presence of templates, which is termed as "gate effect". To optimize morphological changes induced by the gate effect, the flexibility, density, and the amount of specific binding sites for templates of the MIP-grafted layer must be tightly controlled during radical polymerization. Living radical polymerization with "iniferter" (initiator-transfer agent-terminator) is useful tool for controlling degree of polymerization by reaction time. In this work, photoactive iniferter (benzyl dietyldithiocarbamate) was immobilized on a cellulose membrane via a silane coupler. This treated membrane was grafted with theophylline-imprinted copolymer of methacrylic acid and ethylene glycol dimethacrylate by ultraviolet irradiation. The relationship between the amount of graft copolymer, the degree of the gate effect and the time of UV irradiation was studied. The amount of grafted copolymer increase by repeating polymerization cycle. In addition, the variation of the diffusive permeability by template clearly differs to that by analogue. Therefore, these MIP membranes can discriminate two alkaloids by difference of diffusive permeability. The variation by the template or the analogue and the selectivity of the permeability depended on irradiation time. Those results indicate that synthesized MIP has a "living nature" and the gate effect is feasible to control by irradiation time. Living radical polymerization is a promising method to build sophisticated architecture of MIP membranes possessing self-controllable permeability by gate effect. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI

  • Nanoscopic behavior of polyvinylpyrrolidone particles on polysulfone/polyvinylpyrrolidone film

    M Hayama, K Yamamoto, F Kohori, T Uesaka, Y Ueno, H Sugaya, Itagaki, I, K Sakai

    BIOMATERIALS   25 ( 6 ) 1019 - 1028  2004年03月  [査読有り]

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    We revealed morphology and physicochemical behavior of a widely used powerful hydrophilizing agent, polyvinylpyrrolidone (PVP), present on polysulfone (PS)/PVP films by atomic force microscopy (AFM). This is the first time such clear PS/PVP phase-separated morphology was observed by nanoscopic technique. The film surfaces were observed by the identical observation mode, probe and scanning conditions to reveal the change of PVP morphology and behavior between dry and wet conditions. Morphology was related to biocompatibility by combining AFM data with results of surface element composition, contact angle, adhesion amount of rabbit platelet and relative amount of adsorbed fibrinogen. PVP nano-particles of one or several molecules were formed on the dry PS/PVP film surfaces. Amount of PVP present on the surfaces increased with the molecular weight of PVP. At a mixed amount of 1-5 wt%, PVP K90 formed crowded particles on the dry surface. When wet, they swelled, followed by their union to produce a smooth surface leading to improved biocompatibility. The highest biocompatibility with excellent mechanical strength is achieved by blending the highest molecular weight PVP K90 at 1-5 wt%. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • シミュレーションによる高性能人工肺の設計指針

    膜型肺   27   31 - 36  2004年

  • Efficiency of biological and artificial gills

    K Nagase, F Kohori, K Sakai

    BIO-MECHANISMS OF SWIMMING AND FLYING     188 - 199  2004年  [査読有り]

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    To develop a high-performance artificial gill, the mechanism of a biological gill should be elucidated in terms of variables such as the required oxygen flux, the Reynolds number of water, and the difference in oxygen partial pressure, between water and blood (or oxygen carrier solution), which is the driving force for oxygen transfer and oxygen uptake. The oxygen flux of both biological and artificial gills increases with the water flow rate. The oxygen flux of a biological gill is approximately double that of an artificial gill. The Reynolds number of water flow in the biological gill is lower than that in the artificial gill. Hence the higher oxygen transfer flux is independent of the flow velocity of water in the biological gill. The oxygen partial pressure difference between water and blood in the biological gill is double that in the artificial gill. This larger partial pressure difference leads to a higher rate of oxygen transfer. Thus decreasing the oxygen partial pressure in the oxygen carrier solution is essential to effective oxygen uptake from water in an artificial gill.

  • Optimum dialysis membrane for endotoxin blocking

    M Hayama, T Miyasaka, S Mochizuki, H Asahara, K Yamamoto, F Kohori, K Tsujioka, K Sakai

    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE   219 ( 1-2 ) 15 - 25  2003年07月  [査読有り]

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    We have reported a novel method of visualizing endotoxin (Et) distribution inside an Et-blocking filtration membrane using both fluorescence-labeled Et and a confocal laser scanning fluorescence microscope (CLSFM) in our previous paper [J. Membr. Sci. 210 (2002) 45]. The objective of the present study is to clarify Et-blocking mechanism of dialysis membranes. Six kinds of dialysis membranes with varying materials (hydrophilic and hydrophobic) and varying structures (pore diameter, skin layer location and thickness, and water content) were evaluated by CLSFM together with other techniques such as atomic force microscopy (AFM). Physicochemical property of a membrane material affects Et-adsorbing efficiency, and further membrane structure affects Et-plugging efficiency. Rejected Et distribution in the membranes with varying materials and structures is successfully visualized using fluorescence-labeled Et by CLSFM. Et adsorption on the membranes occurs first, followed by the narrowing of their pores, and afterward pore plugging is continued. Adsorption plays a vital role in Et-blocking. Double skin layer structure is valid for preventing of Et contamination than only inner skin layer structure because the double skin layer structure blocks Et more farther from blood-side surfaces than the only inner skin layer structure. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

    DOI

  • Development of a compact artificial gill using concentrated hemoglobin solution as the oxygen carrier

    Journal of Membrane Science   215   281 - 292  2003年04月

  • Designing an artificial gill using oxygen carrier solution for effective supply of oxygen to underwater closed spaces

    Journal of Research in Science and Engineering   1   31 - 36  2003年

  • Visualization of distribution of endotoxin trapped in an endotoxin-blocking filtration membrane

    M Hayama, T Miyasaka, S Mochizuki, H Asahara, K Tsujioka, F Kohori, K Sakai, Y Jinbo, M Yoshida

    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE   210 ( 1 ) 45 - 53  2002年12月  [査読有り]

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    Since the finding Of beta(2)-microglobulin as a causal substance in the carpal tunnel syndrome of chronic hemodialysis patients, removal Of beta(2)-microglobulin has been performed using highly permeable dialysis membranes with larger pores. Such large-pore membranes tend to allow endotoxins (Et), harmful substances contained in dialysate, to enter blood. At present, as a countermeasure, Et-blocking filtration membranes are used to remove Et from dialysate. However, Et removal mechanism by these membranes has not been clarified yet. The objective of this study is thus to visualize distribution of fluorescence-labeled Et trapped inside the polyester-polymer alloy (PEPA) membrane, a widely used Et-blocking filtration membrane using a confocal laser scanning fluorescence microscope (CLSFM). Et were observed mainly in the outer skin layer of the hollow fiber, while some in the void and inner skin layers. No Et were present inside the hollow fiber. In conclusion, we succeeded in visualization of Et distribution inside the Et-blocking filtration membrane using CLSFM. This novel visualization technique may allow evaluation of distribution of Et trapped inside various kinds of Et-blocking filtration membranes. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

  • 手術に即したシミュレートが可能な吸入麻酔コンピュータプログラムの開発

    医科器械学   72 ( 10 ) 505 - 506  2002年10月

  • 生体計測用スーパーオキサイドセンサ

    医工学治療   14 ( 3 ) 158 - 161  2002年09月

  • 抗原・抗体モニタリング装置の開発

    医工学治療   14 ( 3 ) 169 - 171  2002年09月

  • AFM observation of small surface pores of hollow-fiber dialysis membrane using highly sharpened probe

    M Hayama, F Kohori, K Sakai

    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE   197 ( 1-2 ) 243 - 249  2002年03月  [査読有り]

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    Determining pore size distribution is important for characterization of a dialysis membrane. However, conventional microscopic techniques cannot present a sufficient image for determining pore size distribution. In the present study, tapping mode atomic force microscopy (TMAFM) has been shown to be a powerful tool for observing and evaluating the small surface pores of a hollow-fiber dialysis membrane. Sample fixing technique described below and a highly sharpened probe have made it possible to observe small pores on a soft and undulant surface of a dialysis membrane. This is the first time that clear TMAFM images of surface pores of a hollow-fiber dialysis membrane at such high resolution have been presented. Pore diameter was determined by image analysis. Average pore diameter of APS-150 (Asahi-kasei, Japan) determined by TMAFM was compared with those by field emission scanning electron microscopy (FESEM) and by the Hagen-Poiseuille equation. The average pore diameter of APS-150 determined by TMAFM was slightly higher than that by FESEM. The average pore diameter determined by the Hagen-Poiseuille equation was intermediate between values for that of inside and outside surfaces determined by TMAFM. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

  • Process design for efficient and controlled drug incorporation into polymeric micelle carrier systems

    F Kohori, M Yokoyama, K Sakai, T Okano

    JOURNAL OF CONTROLLED RELEASE   78 ( 1-3 ) 155 - 163  2002年01月  [査読有り]

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    For the efficient and well-controlled incorporation of the anti cancer drug adriamycin (ADR) into the inner core of a thermo-responsive polymeric micelle carrier system, we have analyzed and optimized the incorporation procedure in this paper. A dialysis method was used for preparing the micelle solution and ADR incorporation simultaneously. Quantities of ADR and triethylamine (TEA) were varied and the effects of their quantities were analyzed. Solvent composition at the starting time of dialysis was also varied. The initial dialysis condition, solvent with 40% water, brought about the largest amount and yield of ADR incorporation. With the initial 40% water content, it was considered that the block polymers formed a micelle-like association with a swollen hydrophobic core. This swollen core may be suitable for a large amount of ADR incorporation, since this core, swollen by an organic solvent-water mixture, is expected to show a liquid-state character to allow ADR molecules entry into the cores. By starting the dialysis procedure at this 40% water content, this swollen core suitable for the ADR incorporation is considered to be maintained for a much longer period than a case starting with a polyrner-ADR solution in a solvent with a water content of less than 40%, and, therefore, ADR is expected to be incorporated efficiently. Preparation temperature of 20-25degreesC was found to provide the most effective ADR incorporation in this thermo-responsive polymeric micelle system. These results indicate that the efficient incorporation of ADR can be achieved in consideration of the dynamic micelle formation and drug incorporation processes. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

  • Technical evaluation of dialysate flow in a hollow-fiber dialyzer

    Kei Ishiwata, Kenichiro Yamamoto, Fukashi Kohori, Kiyotaka Sakai, Makoto Fukuda, Tatsuo Hiyoshi

    Journal of Artificial Organs   5 ( 4 ) 251 - 256  2002年

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    In a hollow-fiber dialyzer, uremic toxins are removed by diffusion and convection, which are influenced by the dialysate flow patterns in the dialyzer. Recently available high-performance dialyzers have complicated dialysate flow patterns, because both positive filtration and negative filtration occur. The objective of the present study was to evaluate dialysate flow in high-performance dialyzers experimentally. Glass-coated 0.1 mmφ platinum electrodes were used for the electrode counter and the working electrode. A counter electrode was placed at the inlet of the dialyzer, and working electrodes were placed at 20 different positions. A voltage of 0.5V was applied between the counter and the working electrodes with a potentiostat, and after the dialyzer was filled with water purified by reverse osmosis, 0.9% NaCl solution was caused to flow. The time at which the 0.9% NaCl solution reached each working electrode from the counter electrode was then measured at a dialysate-side flow rate of 300ml/min and blood-side flow rates of 0 and 200 ml/min. It was found that in dialyzers with high permeability to pure water, dialysate flow was affected by both positive and negative filtration. A comparison was then made between the experimental results and the results of simulation by the finite element method
    at positions at which positive and negative filtration occurred, good agreement was obtained. This method makes possible the experimental evaluation of dialysate flow in a high-performance dialyzer in which positive and negative filtration occur.

    DOI

  • 吸入麻酔のシミュレーションプログラム

    医科器械学   71 ( 10 ) 510 - 511  2001年10月

  • 人工鰓の技術的展望

    日本バイオレオロジー学会誌(B&R)   15 ( 3 ) 68 - 74  2001年09月

  • Computer-aided design of hollow-fiber dialyzers

    Y. Suzuki, F. Kohori, K. Sakai

    Journal of Artificial Organs   4 ( 4 ) 326 - 330  2001年

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    Blood and dialysate flow patterns in hollow-fiber dialyzers are complicated, and hence the flow patterns and mass transfer are difficult to analyze theoretically. Consequently, dialyzers are usually developed by a trial-and-error method. We attempt to design dialyzers by computer simulation analysis in this work. Blood-side and dialysate-side flows were modeled using the Hagen-Poiseuille equation and the Blake-Kozeny equation, respectively. These flow patterns were evaluated as pressure drop and velocity distribution. The mass transfer rate was evaluated as solute clearance. Computed values of the pressure drops and clearance for urea and vitamin B12 were found to agree closely with those obtained experimentally. We evaluated the influences of the inner diameter of hollow fibers, module geometry, and void fraction on the pressure drop and clearance, and computer-aided design was performed.

    DOI

  • Control of adriamycin cytotoxic activity using thermally responsive polymeric micelles composed of poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-dimethylacrylamide)-b-poly(D,L-lactide)

    F Kohori, K Sakai, T Aoyagi, M Yokoyama, M Yamato, Y Sakurai, T Okano

    COLLOIDS AND SURFACES B-BIOINTERFACES   16 ( 1-4 ) 195 - 205  1999年11月  [査読有り]

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    Adriamycin (ADR)-loaded thermally responsive polymeric micelles composed of poly(N-isopropylacrylamide-co-N,N-dimethylacrylamide)-b-poly(D,L-lactide were prepared by dialysis from its dimethylacetamide solution against water. Microfiltration was successfully applied to removal of block copolymer associates, which were smaller than micellar structures. By this microfiltration polymeric micelles showing a lower critical solution temperature (LCST) at 40 degrees C in phosphate buffered saline was obtained with a monodispersed size distribution of 69.2 nm in cumulant average diameter. ADR-loaded micelles released more ADR at 42.5 degrees C (above the LCST) than at 37 degrees C (below the LCST). ADR-loaded micelles did not show much cytotoxic activity against bovine aorta endothelial cells at 37 degrees C, in contrast to high cytotoxicity at 42.5 degrees C. On the other hand, free ADR expressed high cytotoxicity at both the incubation temperatures. Thus, thermally responsive polymeric micelles showed distinct control of ADR cytotoxic activity by temperature, while free ADR did not. From these results, an effective target therapy against solid tumors is feasible for these polymeric micelles by a combination of selective delivery to tumor sites based on stable micellar structures at 37 degrees C and enhanced cytotoxic activity of these drug-loaded micelles at 42.5 degrees C by local heating at tumor sites. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

  • 新規な薬物キャリヤーとしての温度応答性高分子ミセル

    医工学治療   11 ( 2 ) 430 - 432  1999年07月

  • Preparation and characterization of thermally responsive block copolymer micelles comprising poly(N-isopropylacrylamide-b-DL-lactide)

    F Kohori, K Sakai, T Aoyagi, M Yokoyama, Y Sakurai, T Okano

    JOURNAL OF CONTROLLED RELEASE   55 ( 1 ) 87 - 98  1998年10月  [査読有り]

     概要を見る

    The thermally sensitive block copolymer, poly(N-isopropylacrylamide-b-DL-lactide) (PIPAAm-PLA), was synthesized by ring-opening polymerization of DL-lactide initiated from hydroxy-terminated poly (N-isopropylacrylamide) (PIPAAm). A PIPAAm bearing a single terminal hydroxyl group was prepared by telomerization using 2-hydroxyethanethiol as a chain-transfer agent. Successful preparation of PIPAAm and the PIPAAm-PLA block copolymer was verified by gel permeation chromatography (GPC) and H-1-NMR spectroscopy. Polymeric micelles were prepared from block copolymers using a dialysis method. Their solutions showed reversible changes in optical properties: transparent below a lower critical solution temperature (LCST) and opaque above the LCST. Dynamic light scattering measurements were used to observe the formation of micellar structures approximately 40 nm in diameter, which do not change between 20 degrees C and 30 degrees C, Above the LCST, polymer micelles aggregated, a phenomenon found to be reversible since the aggregates dissociated again by cooling below the LCST. Further observations using atomic force microscopy (AFM) confirmed this behaviour. The properties of this block copolymer system are interesting from both applied and fundamental perspectives, particularly for active targeting as drug carriers. (C) 1998 Elsevier Science B.V.

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書籍等出版物

  • 21世紀の化学シリーズ14 化学工学

    小堀深

    朝倉書店  2005年09月 ISBN: 4254146647

Misc

  • リゾチームを用いた膜晶析法における透過流束と膜面濃度の推算

    植田紗綾, 平沢泉, 小堀深

    化学工学会年会研究発表講演要旨集(CD-ROM)   86th  2021年

    J-GLOBAL

受賞

  • 化学工学会関東支部長賞

    1999年  

  • 薬物送達薬物科学研究会 大学院生/ポスドク賞

    1998年  

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 腎臓を模倣した膜晶析装置を用いた尿路結石の発生機構および抑制機構の解明

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2019年03月
     

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    近年、日本では食生活の欧米化によるタンパク質摂取量の増加が原因で、尿路結石症患者数は年々増加している。尿路結石は体内に生じる結晶によって引き起こされる疾患の一つであり、その結晶の主成分はシュウ酸カルシウム(CaC2O4)であることは既に明らかになっているが、CaC2O4結晶そのものについての知見は極めて少ない。尿に含まれるシュウ酸とカルシウムの濃度が高くなることでCaC2O4結晶が析出しやすくなり、疾患へとつながる。そこで、水のみを透過させる膜を用いて膜濃縮を行い、腎臓の作用を簡易的に再現することで、CaC2O4結晶析出挙動の解明を目的とした。また、CaC2O4結晶が析出しない条件を検討するために、医学分野においてCaC2O4結晶の析出を抑制し、尿中の成分であり、生体適合性に問題がないクエン酸とマグネシウムを用いて実験を行った。その結果、膜濃縮によりCaC2O4結晶の核化・成長が確認できた。また、添加剤を変化させることで析出するCaC2O4結晶が変わり、添加した系では不安定な二水和物、三水和物が析出し、原尿組成に最も近い添加系では析出した結晶の大きさが大きくなることが確認された。これらの知見は、尿路結石の予防および再発に寄与できるものと考える

  • 有限要素法を用いたコンピュータシミュレーションによる人工肺の至適設計

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    1.緒言これまでの外部灌流膜型人工肺のシミュレーションでは、解析に必要な透過率比を人工肺ごとに実験して得なければならず、実験を必要としない完全なシミュレーション解析ではなかった。そこで今回は、透過率比を理論的に求め、その数値解を用いて人工肺のモジュール形状や膜充填を検討し、人工肺の至適設計を行える完全なものを確立することを目的とした。2.方法透過率比は、膜充填部の微小部分をモデル化して、汎用の流体解析ソフト(ANSYS, CYBERNET)を用いて算出した。二次元円筒座標上で、解析領域を三角形二次要素に有限要素法で要素分割し、圧力の数値解を得た。血液への酸素移動は、反応係数および移動単位数による式を用いた。さらに、これらのシミュレーション解析をウシ血液によるin vitro実験と比較して、本法の妥当性を検討した。3.結果および考察微小領域での血液流速分布の結果より、透過率比は0.680となった。この透過率比を用いて、圧力損失および酸素移動速度の解析を行ったところ、ともに解析結果と実験値はほぼ一致した。次に、人工肺モジュール長さLと内径Dの比L/Dを変化させたときの解析を行ったところ、血液の偏流を防ぎ、圧力損失と酸素移動速度の実用上の条件から、モジュール形状比L/Dを1.7〜2.8にすることが適切であることがわかった。さらに、膜の充填率を変化させたときのシミュレーション解析を行うと、芯側の空間率を既存のものより大きくすることで圧力損失を減少させ、酸素移動速度を増加させることができることが分かった。4.結言透過率比の理論的算出により、実験を必要としないシミュレーションが完成した。人工肺モジュールの形状比L/Dを1.7〜2.8、芯側の膜充填を疎、外壁側の膜充填を密にすることにより、さらに性能の良い人工肺ができることが示唆された

  • 光刺激応答性人工えらシステムの開発

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    ガスキャリア液循環型人工鯛において、酸素移動速度はガスキャリア液の性質に依存する。ガスキャリア液の酸素親和力を制御することによって大きな酸素移動速度を得ることができる。本研究では、室温の暗所で酸素を配位し、可視光照射によって酸素を解離するoxo-molybdenum(IV)5,10,15,20-tetramesitylporphyrin(Mo^<IV>O(tmp))をガスキャリア液として用いた光刺激応答性人工鯛システムの開発を目的とした。まず、Mo^<IV>O(tmp)を合成し、その酸素配位・解離能を確認した。その結果、Mo^<IV>O(tmp)は遮光条件で酸素を配位してMo^<VI>O(tmp)(O2)に、光照射条件で酸素を解離してMo^<IV>O(tmp)に可逆的に変化することが確認された。また、遮光条件では全てのMo^<IV>O(tmp)が溶液中の酸素を配位し、Xeランプによる可視光照射下では配位した全ての酸素を完全に解離することが分かった。次に、Mo^<IV>O(tmp)を数種類の溶媒に溶解して酸素配位・解離速度およびMo^<IV>O(tmp)溶解度を測定した。その結果、o-xyleneがガスキャリア液の溶媒として最も適していることが分かった。よって、o-xyleneを溶媒としてガスキャリア液を調製した。このガスキャリア液中のMo^<IV>O(tmp)濃度を変化させ、光刺激による酸素分圧変化を測定した。その結果、低濃度側では全てのMo^<IV>O(tmp)が酸素を解離したが、高濃度側では溶存する一部のMo^<IV>O(tmp)のみ酸素を解離した。このことより、光照射方法の検討が必要であることが示唆された。また、Mo^<IV>O(tmp)濃度の異なるガスキャリア液について、酸素吸収および酸素解離におけるガスキャリア液側境膜物質移動係数を測定し、促進係数Eを算出した。これにより、人工鰐装置のスケールアップを試みた。その結果、ヘモグロビン系に比べて必要膜面積が若干大きくなる。また、Mo^<IV>O(tmp)への酸素配位速度が遅いため、リザーバータンク容量が大きいという欠点がある。しかし、Mo^<IV>O(tmp)をガスキャリア液として用いるシステムは、酸素解離に熱エネルギーを必要としないため、省エネルギーであるという利点がある。また、酸素分圧に依存せずに完全に酸素を配位・解離するため、高濃度のMo^<IV>O(tmp)溶液をガスキャリア液として用いれば、溶存酸素量の少ない水からも効率よく酸素を汲み上げることができる。よって、海底生活空間など、装置の大型化が問題とならないシステムにおいて、非常に有用であることが示唆された

  • 電気振動現象を用いた受容体機能の模倣

     概要を見る

    【緒言】水-油-水3相液膜系の片側水相に界面活性剤を加えると、液膜間電位が振動する。しかし、電位振動の原理や添加物質が振動機構に与える具体的な影響については完全に解明されていない。そこで本研究では、代表的な3相液膜系であるオクタノール液膜系における電位振動現象をモデル化し、電位振動波形を再現した。さらにこのモデルを用いて、添加物質としてNaClが振動機構に与える影響について検討した。【方法】左側水相にドデシル硫酸ナトリウムとエタノールを含む水溶液、右側水相に蒸留水、油相にテトラブチルアンモニウムクロリドを含む1-オクタノール溶液を用いて、水-オクタノール-水液膜間電位を測定した。また、右側水相にNaCl水溶液を用いた場合も同様に測定した。現象のモデル化では、吸着過程に実測した電位を代入し、脱着過程にFick拡散方程式とLangmuir-Hinshelwood式を用いた。モデルにより算出された計算値と実験による電位振動波形をフィッティングさせて、電位振動波形を再現した。【結果および考察】蒸留水系もNaCl水溶液系も、数十分間の誘導時間のあとに電位振動が起こった。また、両者は誘導電位、電位振動の振幅および振動数が異なった。電気振動モデルを実験による電位振動波形にフィッティングしたところ、蒸留水系もNaCl水溶液系も供に良く一致した。フィッティングパラメータの検討により、油相中の界面活性剤イオンは非常にゆっくりと界面に吸着することがわかった。また、NaClの存在で、右側界面に吸着した界面活性剤イオンの水相側への脱着速度定数が著しく低下した。これは、Na+の遮蔽作用により右側界面に吸着した界面活性剤イオン同士の反発力が軽減するのが要因だと考えられる。【結言】本モデルを用いると電位振動波形を再現することができた。また、本モデルからNaClが振動機構に与える影響を解析できた

  • 光応答性ガスキャリア液循環型酸素濃縮器の開発

     概要を見る

    慢性閉塞性肺疾患に対する酸素療法のために,ガスキャリア液循環型酸素濃縮器の開発を行った。このシステムは,空気中に存在する酸素を高濃度化するもので,小音化かつ小型化を可能とし,将来的にはポータブル酸素濃縮器の開発を目指すものである。酸素運搬体の開発では,コバルト錯体を合成しその有用性を確認した。また,酸素濃縮器のシステム設計においては,コンピュータシミュレーションを用いて,必要な仕様を算出し,装置の最適化を行った

講演・口頭発表等

  • 貧溶媒添加法によるキチン由来ビーズおよび平膜の作製

    化学工学会第50回秋季大会  

    発表年月: 2018年09月

  • 層状ケイ酸塩添加ハンギングドロップ法におけるリゾチーム結晶へのpHの影響

    化学工学会第50回秋季大会  

    発表年月: 2018年09月

  • 加圧膜晶析におけるリゾチーム濃縮プロセスの解析

    化学工学会第50回秋季大会  

    発表年月: 2018年09月

  • Crystallization Phenomena of Sparingly Soluble Calcium and Sodium Compounds in the Model System of Human Body

    ACTS2018  

    発表年月: 2018年06月

  • 生体内における晶析現象と析出結晶の性状

    化学工学会第83年会  

    発表年月: 2018年03月

  • 内部直流電流の印加時間によるタンパク質の核形成に対する影響

    化学工学会第49回秋季大会  

    発表年月: 2017年09月

  • Effects of application time of constant current on protein nucleation

    BIWIC  

    発表年月: 2017年08月

  • 痛風における尿酸ナトリウム一水和物の析出挙動の解明

    化学工学会関東支部大会  

    発表年月: 2017年08月

  • 尿路結石形成プロセスにおけるCaC2O4結晶へのクエン酸およびMg2+の影響

    化学工学会関東支部大会  

    発表年月: 2017年08月

  • リゾチームの加圧膜晶析における膜面過飽和度の推定

    分離技術会年会2017  

    発表年月: 2017年05月

  • 層状ケイ酸塩を用いた蒸気拡散法によるタンパク質結晶化制御

    化学工学会第48回秋季大会  

    発表年月: 2016年09月

  • 内部直流電流の印加時間によるタンパク質の核形成に対する影響

    化学工学会第48回秋季大会  

    発表年月: 2016年09月

  • Shape change and growth behavior of monosodium urate monohydrate in model of gout

    BIWIC  

    発表年月: 2016年09月

  • 痛風における尿酸ナトリウム一水和物の形状変化および成長挙動

    化学工学会第81年会  

    発表年月: 2016年03月

  • 痛風における尿酸析出に 与える温度の影響

    化学工学会第47回秋季大会  

    発表年月: 2015年09月

  • Control of a protein crystallization using the ultrafiltration method

    APCChE2015  

    発表年月: 2015年09月

  • タンパク質結晶化に対する層状ケイ酸塩添加の影響

    化学工学会第80年会  

    発表年月: 2015年03月

  • Effect of concentration rate on the crystallization of calcium oxalate by membrane concentration

    ISIC  

    発表年月: 2014年09月

  • Control of protein crystallization by adding layered silicates

    ISIC  

    発表年月: 2014年09月

  • 遠心濾過によるリゾチーム結晶の作製

    化学工学会第46回秋季大会  

    発表年月: 2014年09月

  • 加圧濾過を用いたタンパク質結晶化プロセスの検討

    化学工学会第46回秋季大会  

    発表年月: 2014年09月

  • Effect of citrate concentration on the crystallization

    ACTS2014  

    発表年月: 2014年06月

  • 膜濃縮におけるCaC2O4結晶化に与えるクエン酸濃度の影響

    化学工学会第79年会  

    発表年月: 2014年03月

  • 遠心濾過を用いた新規タンパク質結晶化手法の検討

    化学工学会第79年会  

    発表年月: 2014年03月

  • 加圧濾過によるタンパク質結晶化の検討

    化学工学会第79年会  

    発表年月: 2014年03月

  • 膜濃縮におけるCaC2O4結晶化に与えるクエン酸添加の影響

    化学工学会第45回秋季大会  

    発表年月: 2013年09月

  • 膜濃縮による尿路結石の再現検討

    化学工学会盛岡大会  

    発表年月: 2013年08月

  • 膜分離を用いた濃縮によるCaOxの核化・成長挙動の観察

    化学工学会第78年会  

    発表年月: 2013年03月

  • 酸素濃縮器に用いる温度応答性ガスキャリア液の開発

    日本生体医工学会  

    発表年月: 2008年05月

  • 人工鰓システム実用化に向けた性能評価

    化学工学会  

    発表年月: 2008年03月

  • 吸入麻酔導入期における体内麻酔薬動態シミュレーション

    化学工学会  

    発表年月: 2008年03月

  • 人工鰓システム用ガスキャリア液の酸素親和力制御

    日本人工臓器学会  

    発表年月: 2007年10月

  • 温度応答性酸素濃縮器の開発

    日本人工臓器学会  

    発表年月: 2007年10月

  • 酸素濃縮器に用いる光応答性ガスキャリア液の開発

    化学工学会  

    発表年月: 2007年09月

  • 肺内空気の平均流速および圧力損失の数値解析

    化学工学会  

    発表年月: 2007年09月

  • Computational Simulation of Respiratory Flow in Human Lung

    American Society of Artificial Organs  

    発表年月: 2007年06月

  • Three-dimension numerical evaluations of blood flow and dialysate flow in a hollow fiber dialyzer

    European Society of Artificial Organs  

    発表年月: 2005年06月

  • Effects of Hollow Fiber Bias Arrangement on Pressure Drop of Extracapillary Membrane Oxygenator

    American Society of Artificial Organs  

    発表年月: 2005年06月

  • Optimization of Convection and Diffusion on Hemodiafiltration by Computational Analysis

    European Renal Association, European Dialysis and Transplant Association  

    発表年月: 2005年06月

  • A Novel Oxygen Concentrator using a Photoresponsive Oxygen Carrier

    Asian-Pacific Conference on Medical and Biological Engineering  

    発表年月: 2005年04月

  • X-ray and Computational Analysis of Membrane Oxygenator

    Asian-Pacific Conference on Medical and Biological Engineering  

    発表年月: 2005年04月

  • Analysis of Blood Flow in Artificial Lung by X-ray Computed Tomography

    European Society of Artificial Organs  

    発表年月: 2004年09月

  • Numerical Analysis of Blood and Dialysate Flow Pattern in Dialyzers

    European Society of Artificial Organs  

    発表年月: 2004年09月

  • Three-dimensional Simulation of Fluid Flow Pattern and Mass Transfer in The Dialyzer

    European Renal Association, European Dialysis and Transplant Association  

    発表年月: 2004年05月

  • Oxygen Uptake Efficiency of Artificial Gill Device and Biologic Gill

    International Symposium On Aqua Bio-Mechanisms  

    発表年月: 2003年09月

  • Visualize Blood and Dialysate Flow in Dialyzers by Computational Analysis

    European Renal Association, European Dialysis and Transplant Association  

    発表年月: 2002年07月

  • Computational Evaluation of Pressure Drop and Fluid Velocity for Optimal Design of Dialyzers

    European Renal Association, European Dialysis and Transplant Association  

    発表年月: 2001年06月

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特定課題研究

  • 腎臓を模倣した膜晶析装置を用いた尿路結石の発生機構および抑制機構の解明

    2020年  

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     本研究では尿路結石形成プロセスを膜晶析装置で再現し,添加剤としてのクエン酸とマグネシウムの影響を観察した。はじめにSEMによる結晶観察では,クエン酸を添加したときに結晶が大きくなったことから,クエン酸が核発生を抑制したと考えた。マグネシウムを添加した場合では結晶の大きさが非常に小さく,結晶個数も減少した。また,母液のシュウ酸イオン量の変化より,クエン酸はキレート効果によって溶液中のカルシウムを錯体として保持することが確認された。一方,マグネシウムを添加した際,シュウ酸カルシウムよりも溶解度が高いシュウ酸マグネシウムが形成されていることがわかった。クエン酸とマグネシウムを両方添加した系では,お互いが競合してしまい,抑制効果が薄れることがわかった。

  • イオン液体による界面を結晶場とする電場駆動アミノ酸晶析法の開発

    2020年  

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     イオン液体とアミノ酸飽和溶液の二相界面での晶析を試みた。電圧を0.3 Vまたは0.9 V印加した効果を観察した。イオン液体とL-グルタミン酸飽和水溶液からなる二層の液体試料に直流電圧を1 時間印加しながら25℃で静置した。光学顕微鏡観察で,それぞれ結晶が確認された。0.3V 印加したときには粒径にバラつきがあり,比較的大きな結晶がいくつか観察された。0.9 V 印加したときには,比較的小さな結晶がおおくみられた。電圧の印加を強くすると,陰イオンがイオン液体側に一気に引き寄せられて核化が促進されたために,結晶自体の大きさは小さく,数が多くなったと考えられる。これらの結果より,イオン液体と水溶液の界面を結晶場とす電場駆動アミノ酸晶析の可能性を見出すことができた。

  • 腎臓を模倣した膜晶析装置を用いた尿路結石の発生機構および抑制機構の解明

    2019年  

     概要を見る

     本研究は,尿路結石発生のメカニズムを結晶学的アプローチにより探求することを目的とした。まず,腎臓での晶析現象をモデル化するために,膜濃縮晶析装置を応用した。シュウ酸水溶液を膜濃縮したところ,膜面上に結晶を得た。析出した結晶のXRDスペクトルから,シュウ酸カルシウム一水和物と三水和物が析出していることが分かり,一水和物が安定形だと考えられた。次に,マグネシウムイオンのみを添加した系では,一水和物結晶と二水和物結晶が析出した。マグネシウムイオンとクエン酸添加系では,二水和物結晶が優先的に析出した。以上より,シュウ酸カルシウム結晶の生体内での形成を再現できるとともに,共存物質は不安定系の二水和物を優先的に作ることが分かった。これらの知見を基に,尿路結石の核生成機序の解明にもつがることが期待される。

  • イオン液体による界面を結晶場とする電場駆動アミノ酸晶析法の開発

    2019年  

     概要を見る

     本研究ではアミノ酸に対する新規晶析手法として,電場を駆動力とした水とイオン液体の液-液界面での晶析を目指した。イオン液体は,疎水性の1-ブチルー3-ドデシルイミダゾリウム=ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを用いた。また,対象物質には酸性アミノ酸のL-グルタミン酸を選定した。 界面をもつ二相の液体試料を作成し,電圧を1 時間印加しながら25℃で静置した。その結果,0.9 Vを印加した方が,0.3Vを印加した方より結晶数が多くみられた。0.9 V 印加したときの平均粒径は11 μm であり,0.3 V 印加したときの平均粒径は17 μmであった。これらの結果より,液ー液界面でのアミノ酸晶析を電圧駆動で起こせることを証明した。

  • 痛風における尿酸ナトリウム―水和物結晶の析出挙動の解明

    2018年  

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    痛風は、高尿酸血症を長期的に疾患する事で尿酸ナトリウム一水和物(MSU)結晶が析出し、関節や軟組織に沈着することにより引き起こされる結晶誘導性関節炎である。本研究はリン酸緩衝液を用いて関節液をモデル化し、MSU結晶の析出挙動を解明することを目的とした。はじめに、尿酸の初期濃度を0.6 mMから2.4 mMまで4点変えて実験を開始し、濃度の影響をSEMで観察した。いずれの濃度においても初期には粒状結晶が観察され、次第に針状結晶へ変化する挙動が観察された。2.4 mM の場合、2週間静置と1か月静置のSEM画像を比較すると、針状結晶の長径と短径がいずれも大きくなっており、MSU結晶の個数も増えていることが分かる。よって、MSU結晶は一度析出すると成長と核化が同時に起きると考えられる。HPLCを用いて継時的な溶液の尿酸濃度の変化を測定した結果、どの濃度においても時間経過による尿酸濃度の減少を検出できた。高濃度の2.4 mMでは、濃度の相対的な減少量が大きく、MSU結晶の析出が二次核化を誘発することが考えられた。

  • 層状ケイ酸塩を用いた蒸気拡散法によるタンパク質結晶化制御とそのメカニズムの解明

    2017年  

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     本研究は、層状ケイ酸塩を添加した蒸気拡散法により、タンパク質の高品質結晶を得ることを目的とした。対象タンパク質の鶏卵白リゾチーム(以下LZM)をpH4.5で一定とし、20 ℃で一定時間静置し、任意の時間ごとに光学顕微鏡で観察した。 はじめに、層状ケイ酸塩の添加の有無による影響を比較した。無添加系では、結晶数は一定でなく粒径も不揃いであった。一方、層状ケイ酸を添加した場合では、得られる結晶数は1つに減少、安定化した。また、その結果粒径は増大した。 さらに配向性への影響を考察すると、層状ケイ酸塩の添加によって六角形型の結晶析出がほとんどを占めることがわかった。これは、層状ケイ酸塩がタンパク質を収着し{110}{101}面方向の成長と結晶の析出を制御していると考えられる。

  • 腎臓を模倣した膜晶析装置を用いた尿路結石の発生機構の分析

    2016年  

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     尿路結石症は、尿路に生体内分泌物の成分が固まった無機硬質結石が生じる疾患である。既往研究により、主成分がシュウ酸カルシウムであること、結石形成の抑制物質がクエン酸イオンであること等が知られている。本研究では、工学的な視点から定量的な評価を行うため、腎臓での尿濃縮を膜濃縮晶析法により再現し、クエン酸イオン添加量および濃縮度を変化させ、クエン酸イオンが結石形成に及ぼす影響を検討した。クエン酸イオン濃度をイオンクロマトグラフィーで定量することにより、結晶生成時の母液濃度と結晶形状および個数や粒径分布の関係を詳細に検討した。その際、カルシウムイオンの濃度にも結晶形成が強く影響を受けていることが示唆された。

  • 膜晶析装置を用いた尿路結石の工学的解析

    2015年  

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     近年、尿路結石症が問題視されている。尿路結石とは、尿路で生成し下腹部付近に激痛を生じさせる。さらに罹患率、再発率が非常に高いため、予防法や新たな治療方法を模索する必要がある。今までに、尿路結石の主成分はシュウ酸カルシウム(CaC2O4)であり、クエン酸に結晶化抑制作用があることが分かっている。そこで本研究では、RO膜を用いた膜分離装置を腎臓に見立てて疑似体液の濃縮を行い、CaC2O4結晶化に与えるクエン酸添加の影響を観察した。その結果、クエン酸添加により結晶形状が変化すること、および、粒径分布にも影響を与えることが分かった。

  • 新規晶析装置を用いた尿路結石の工学的検討

    2014年  

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    尿路結石の主成分はシュウ酸カルシウムであり、クエン酸が結石を抑制することが分かっている。しかし、その詳細は不明であることから、本研究では膜濃縮装置で腎臓を模倣し、実験室の机上で病態を再現することで、その機構を詳細に検討することを目的とした。原尿を模した試料溶液を、腎臓を模した限外濾過装置で濃縮した。生体膜に見立てた分離膜には、逆浸透膜を使用した。実験の結果、クエン酸の添加により、結晶が楔形から小粒径の卵円形結晶と大粒径の正八面体結晶に変化した。また、クエン酸濃度が高い場合、八面体の結晶のみが析出するが、クエン酸濃度が低い場合、微細なシュウ酸カルシウム結晶が多量に析出することが分かった。

  • 電気振動現象を利用した味覚センサの開発

    2007年  

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    【緒言】 我々が生まれながらもつ五感のうち、味覚に着目した。味覚は基本味である甘味、酸味、塩味、苦味、うま味を区別できるが、この生体の感覚器の模倣として、油相に1-オクタノールを用いたオクタノール三相液膜の電位振動に関する研究を行った。この液膜系は電位振動波形から化学物質を識別できることから、複数種の化学物質を定性できる味覚センサとして期待される。【実験方法】 電位振動モデルを構築して、電位回復過程を再現した。本モデルでは、液膜間電位を左側界面電位と右側界面電位の差によって表した。さらに左側界面電位を一定として、右側界面電位をモデルから算出した。電位振動波形を再現するために、右側界面におけるドデシル硫酸イオンの吸着過程には実測した電位を代入し、脱着過程には既往モデルに用いたFickの拡散方程式とLangmuir-Hinshelwood式に対流式を加えた。Marangoni効果による対流は時間と共に減衰するため、対流速度は時間の経過に従って減少する関数とした。そして、再現した電位振動波形を、対流速度を0としたときのモデルにおいて再現した電位振動波形と比較することにより、対流が電位振動のモデルに及ぼす影響について検討した。【結果および考察】 対流速度を0としたときのモデルにおいて計算された電位振動波形は、実測の電位振動波形を再現できなかった。よってモデル構築には、界面活性剤の吸脱着・拡散以外の要因を考慮する必要がある。モデルの波形と実測した波形を脱着過程において比較すると、モデルの波形では電位回復が全体的に緩やかであるのに対し、実測した波形では電位回復が脱着開始時に急で、ある程度時間が経過すると緩やかになるという違いがある。よって、実際の現象を考慮した電位振動のモデル構築には、脱着開始時において脱着を促進かつ時間経過に従い脱着を抑制する因子が存在すると考えられる。このような因子としては、右側界面にドデシル硫酸イオンが吸着したときに起こる静電気的反発がある。これを考慮すれば、実際の現象を考慮した電位振動のモデルを構築できると考えられる。【結言】 電位振動のモデル構築には、界面活性剤の吸脱着・拡散以外の要因を考慮する必要がある。対流が電位振動モデルに及ぼす影響は小さい。

  • シミュレーション解析と内部電極測定を組み合わせた高性能人工肺の開発

    2006年  

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    【緒言】外部灌流膜型人工肺のガス交換は血液側境膜律速であり、境膜形成には血液側流動が大きく関与する。そこで本研究では、電極と導電性流体を用いたステップ応答法により測定した電極電圧の変化からモジュール内の流体到達時間分布図を作製し、血液側流動を可視化した。モジュールの血液出口に着目して電極位置を設定することで、血液出口形状が人工肺内の血液側流動に及ぼす影響を検討した。【方法】市販の外部灌流膜型人工肺(以下、非対称形状モジュール)と、この人工肺に血液出口を追加した対称形状モジュールの2種類の試験人工肺を評価対象とした。血液出口方向を基準として、モジュール半径方向に90°間隔で電極設置面(a)、(b)、(c)、(d)を設定し、面内に30個(6×5)ずつの電極を設置した。低流量(1 L/min)と高流量(5 L/min)で、血液と同粘度(20℃、3.7 Pa・s)に調製した低導電性流体(グリセリン水溶液)から高導電性流体(グリセリン+3%NaCl水溶液)に切り替えて灌流したときに生じる電極電圧の変化を測定した。測定電圧値を規格化電圧値に変換し、規格化電圧値が0.5となったときを電極への流体到達時間として、流体到達時間分布図を作成し、血液側流動を可視化した。ANSIS-FLOTRAN(サイバネットシステム)により、両試験用モジュールの血液側流動のシミュレーション解析結果と比較した。【結果および考察】各電極への流体到達時間分布において、全ての電極設置面内のモジュール上部および下部で、最外周への流体到達が遅れていた。これらの部位では、淀みが生じる可能性が考えられる。非対称形状モジュールでは、血液出口から最も遠い電極設置面(c)における流体到達が他の設置面と比較して顕著に遅れていた。互いに血液出口から等距離である電極設置面 (b)と(d)の比較では、電極設置面(b)の流体到達が早かった。各面において異なる流体到達分布が示されたことから、非対称形状モジュール内の血液側流は不均一であると考える。対称形状モジュールでは、各面において互いに似た分布が示されことから、モジュール全体の血液側流動は均一であると考える。よって、半径方向に対称なモジュール形状は、血液側流動の均一化に有効であると考える。非対称形状モジュールは低流量において、より顕著に不均一な分布を示したのに対し、対称形状モジュールは、低流量でも均一な分布を示した。そのため、低流量での使用には、対称形状モジュールの使用が有効であると考える。以上の傾向はシミュレーション解析結果とも一致した。【結言】電極と導電性流体を用いたステップ応答法は血液側流動の評価法として有用である。人工肺モジュールの血液側流動はモジュール形状の影響を受けるため、半径方向に対称なモジュール形状にすることで、血液側流動の均一化が可能である。

  • 光応答性ガスキャリア液循環型酸素濃縮器の開発

    2006年  

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    【緒言】酸素療法とは、呼吸器系疾患の患者に高濃度酸素を吸入させる治療法である。この治療法に用いられる酸素供給源として、空気中の酸素を濃縮する膜型や吸着型の酸素濃縮器が広く用いられている。しかしこれらは、高濃度の酸素を高流量で供給することができない。そこで本研究では、遮光時に酸素と結合し、光照射により酸素を解離する光応答性酸素運搬体であるピケットフェンス型コバルトポルフィリン(α,α,α,α-Co (TpivPP))を用いて、光に応答して酸素を濃縮する新規酸素濃縮器の開発を行った。【方法】α,α,α,α-Co (TpivPP)を合成するため、まずCollmanの方法に従い、H2TpivPPを作製した。その後G.D. Doroughの方法に従い、中心金属のコバルトを導入することでα,α,α,α-Co(TpivPP)を合成した。その合成物を紫外可視吸収(UV-vis)スペクトルおよびマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析(MALDI-TOFMS)により同定した。また、これまで人工鰓システムの溶媒として用いられてきた毒性の高いo-xyleneに代わるものとして、シリコーンオイル(SIGMA, St. Louis, MO)、エタノール(Wako, 東京)を検討した。これらの酸素移動性能を評価するため総括物質移動係数および錯体溶解度を測定した。また、膜には酸素透過性の大きな膜として人工肺モジュールなどで使用されている多孔質ポリプロピレン膜(pp膜)を用い、酸素透過性を評価するため、Wilson Plot法により膜抵抗を測定した。Co (TpivPP)を溶解させて作製したガスキャリア液を空気存在下で5時間以上撹拌し、大気飽和させた後に光を照射し、解離酸素による溶存酸素分圧の変化を測定した。【結果および考察】α,α,α,α-H2TpivPPの合成をUV-visスペクトルのポルフィリン環特有の吸収波長により確認した。またMALDI-TOFMS測定結果より得られた分子量も一致した。続く中心金属のコバルト導入は、UV-visスペクトルにおけるポルフィリン環特有の吸収波長が消滅していることにより確認できた。各溶媒の総括物質移動係数を算出した結果、値はシリコーンオイル>エタノール>純水の順になった。また錯体溶解度は、エタノール>シリコーンオイル>純水の順となった。またWilson Plot法による膜抵抗の算出結果から、シリコーンオイルを接触させた場合においても切片の値がほぼ0となり、シリコーンオイルを用いた場合にもpp膜が高い性能を示すことが分かった。次に、光照射によるガスキャリア液の酸素分圧経時変化を測定した。Co(TpivPP) (O2) に光照射することにより、大気中の酸素分圧より40 mmHg高い酸素濃度の空気を供給できることがわかった。従って、光刺激応答性ガスキャリア液に光照射することで、大気中の酸素を約190 mmHgまで濃縮可能であった。【結言】CoTpivPPをシリコーンオイルに溶解させたガスキャリア液を酸素飽和させ、その後、光を照射したところ、約40 mmHgの酸素分圧変化が得られた。このガスキャリア液は酸素濃縮器への応用が可能である。

  • 数値流体解析と光造形法を組み合わせた高性能人工肺の開発

    2004年  

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    【目的】外部灌流膜型人工肺は、形状や中空糸配糸方法によってガス交換能が変化する。この人工肺の性能を実験によって定量的に評価することや、人工肺を試行錯誤によって設計することは多くの時間とコストを要する。そこで本研究では、人工肺の性能を精度良く評価できる数値解析手法を確立し、その手法を用いて人工肺を至適設計することを目的とした。 【方法】数値解析による人工肺の性能評価は、市販人工肺HPO-20H(泉工医科工業、東京)を解析対象とした。この人工肺の圧力損失と酸素移動速度を解析するために、汎用有限要素法解析ソフトと自作プログラムを使用した。また、数値解析による人工肺の至適設計は、HPO-20Hを基準とした。はじめに、中空糸配糸方法が性能に与える影響と、形状が性能に与える影響をそれぞれ評価した。次に、その評価によって得られた最適中空糸配糸方法と最適形状を用いて既存人工肺を改良した。最後に、改良した人工肺を小型化することにより、人工肺を至適設計した。【結果および考察】人工肺の性能評価において、圧力損失および酸素移動速度は、実測値と解析値が良好に一致した。至適設計において、中空糸配糸方法だけを変化させる場合には、中空糸外径を285 μm、空間率を0.361にすることが最適であった。形状だけを変化させる場合には、モジュール半径を38.6 mm、モジュール高さを108.0 mmにすることが最適であった。また、最適中空糸配糸方法と最適形状をした人工肺は、既存人工肺と比較して膜面積が同じでありながら圧力損失を約56 %減少させることができた。さらに、この人工肺を小型化したところ、既存人工肺と比較してプライミングボリュームを45.5 %、人工肺体積を34.0 %、膜面積を46.2 %減少させることができた。性能の点からは、既存人工肺と比較して血液流量6 L/minで圧力損失を44.8 %減少させながら、酸素移動速度は5.97 %の減少にとどめることができた。【結論】以上より、本研究は市販人工肺を解析対象として、その性能を精度よく評価できる数値解析手法を確立し、人工肺の至適設計を可能とした。

  • 吸入麻酔薬の体内動態シミュレーションの開発

    2003年  

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     現在、手術現場では患者の脳内麻酔薬濃度を直接測定できるセンサーがないため、麻酔深度は麻酔医の勘と経験に頼っている。そこで、コンピュータ上で脳内麻酔薬濃度や各臓器内麻酔薬濃度をシミュレーションすることができれば、麻酔医への大きな情報提供や体内動態の理論的理解に寄与できると考えた。 はじめに、麻酔薬の体内動態を計算するために、コンパートメントモデルを作成した。本研究でのモデルのポイントとしては、体内での血流を正確に再現し、肺をガス交換に関与する部分と関与しない部分に分け、麻酔器において開鎖、半閉鎖、閉鎖を再現することができる点である。また、各コンパートメントに物質収支式を適用した。一方、臨床データとして吸気ガス流量、呼気ガス流量、吸気ガス濃度、呼気ガス濃度(end-tidal)を採取し、シミュレータでは吸気ガス流量、吸気ガス濃度より呼気ガス濃度(simulation)を算出した。さらにシミュレータで算出した呼気麻酔薬濃度(simulation)と臨床データの呼気麻酔薬濃度(end-tidal)を比較することでコンパートメントモデルと物質収支式の妥当性について検討を行った。 現在までに、臨床データとして50症例を解析した。これらの解析結果より臨床値とシミュレータ値はほぼ全てにおいて一致した。このことから、今回作製したシミュレータに用いたコンパートメントモデルと物質収支式の妥当性を示すことができた。よって、このシミュレータで算出された脳内の麻酔薬濃度も正確な値であると考えられる。これによって吸気ガス流量と吸気ガス濃度のみから脳内麻酔薬濃度をリアルタイムに表示することが示せた。 本研究で作成したシミュレータは様々な手術においてシミュレータ値と臨床値の誤差が小さいことからコンパートメントモデルと物質収支式は妥当であることがわかった。よってこのシミュレータによって算出される脳内麻酔薬濃度が術中パラメータとして麻酔医に有用な情報を提供できるといえる。

  • 温度応答性高分子ミセルを用いたドラッグデリバリーシステムの開発

    2000年  

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     薬物は生体に投与された後、その物理化学的および生物学的性質により体の中を移動し、標的部位に到達した薬物分子が組織や細胞と相互作用することによって、治療効果が生み出される。しかし、投与された薬物のほとんどが標的部位以外へ移行し、副作用の原因となることがある。薬物を治療したい部位のみに選択的に集積させることができれば、単に薬物による副作用を軽減するのみならず、今まで外科的な治療法しかなかった疾患に対して新たに薬物療法を適用できるなど、従来にない革新的な薬物療法が期待できる。本研究では、薬物のみでは実現不可能な生体内での動きを制御する機能を、薬物キャリアーに付加する方法に注目した。生体内での動きを精密にコントロールできる薬物キャリアーは、薬物を標的部位に選択的に送り込み、結果として最高の治療効果を得ることができる。本研究では、この薬物キャリアーを化学の立場から分子設計し、高分子合成の手法を用いて作製した。 はじめに、生分解性を持つポリラクチドを内核、温度応答性高分子であるポリN-イソプロピルアクリルアミド(PIPAAm)がそれを覆うような外殻を形成する高分子ミセル型に薬物キャリアーの分子設計を行った。このPIPAAmはある特定の相転移温度を境に、温度に応じて親・疎水性を変化させる高分子である。この分子設計は、第1に薬物を高分子ミセル内に内包し、薬物と正常細胞を隔離することで安定に血管内を循環させ、第2に体外から標的部位のみ加温することによって、高分子ミセルの温度応答性外殻の表面物性を変化させることにより、標的部位との相互作用を増大させ局所的に薬物を集積させることができる。このとき、体外からの加温には腫瘍の温熱療法などに用いられ、数mm角の精度で局所加温できるハイパーサーミアが応用できる。本研究において、詳細な分子設計に基づいて、粒径が数十nmの単分散な球形の温度応答性高分子ミセルの作製に成功した。この温度応答性高分子ミセルは、低温では球形を保ったまま長期に水溶液中で安定であることが確認され、高温ではミセル外殻が相転移を起こし表面が疎水性になることによる凝集が観察された。これは、この新規な薬物キャリアーが、体外からの温度刺激により表面物性を変化させ、生体内での動きをリモートコントロールできることを示唆している。さらにこの温度応答挙動を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて直接観察することに成功した。また、これらのミセルに抗ガン剤を効率よく内包させる手法を考案し、このミセルの有用性をさらに高めることができた。2000年度は特にこの薬物内包に関する成果を論文にまとめた。

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現在担当している科目

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