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2017/01/06

大阪大学に「産総研・阪大 先端フォトニクス・バイオセンシングオープンイノベーションラボラトリ」(PhotoBIO-OIL)を設立
-先端フォトニクス技術を活用したバイオセンシングにより高精度な創薬・診断技術を実現-

 国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)は、平成29年1月6日に「産総研・阪大 先端フォトニクス・バイオセンシングオープンイノベーションラボラトリ」(AIST-Osaka University Advanced Photonics and Biosensing Open Innovation Laboratory; PhotoBIO-OIL)を国立大学法人 大阪大学【総長 西尾 章治郎】(以下「阪大」という)と共同で阪大吹田キャンパス内に設立しました。産総研のオープンイノベーションラボラトリ(OIL)は、産総研の第4期中長期計画(平成27年度~31年度)で掲げている「橋渡し」を推進していくための新たな研究組織の形態で、PhotoBIO-OILがその5件目となります。また、PhotoBIO-OILは近畿圏で設立する初めての組織となります。


 身体の内外で発生する様々な環境変化に対して刻々とその量を変化させる生体分子を計測するバイオセンシング技術は、生命・環境の状態を客観的に知ることができる技術です。タンパク質や核酸などの生体分子を、より高い感度で、より素早く、さらに悪影響を与えずに測定することで、今までは知りえなかった情報を取得し、生命・環境を制御することが可能となります。創薬開発や診断技術においては新原理の創出や高精度化が望まれており、特に、低侵襲で様々な生体試料を高精度に測定し、定量化することができるバイオセンシング技術は重要と考えられています。また、生体分子を測定する機器の価格が下がれば、今までは生体分子から得られる情報を活用できなかった場面で、これを用いることができます。このように、創薬、健康管理、薬効・毒性評価、環境保全などの様々な分野で、バイオセンシングの新規応用が期待され、そのためにはバイオセンシング技術の更なる技術革新が求められています。

 産総研は、核酸やタンパク質を素早く計測するバイオデバイスの開発で世界的にトップレベルの技術を有しています。例えば産総研が開発した超高速遺伝子検査システムは、マイクロ流体チップを用いて熱交換や反応の高速化・迅速化を実現して、既存のPCR法と同等のすぐれた検出感度でありながら分析速度を従来の10倍以上高速化した点で世界最高峰の性能を有しています。また細胞を配置して内部に様々な機能分子を導入できる「細胞アレイ」や、細胞の中にある小器官や機能分子集合体を自在に動かすことができる「光ピンセット」など独自性の高い研究開発を進めています。

 阪大は、細胞内の生体分子をそのまま観察できる超高速ラマン顕微鏡や、光の波動性による回折限界を超えた超解像光学顕微鏡をはじめとする生体への負荷が少ない低侵襲で、連続して3次元での観察ができる細胞イメージング技術を有しています。また、表面プラズモン共鳴の原理を利用した小型・超高感度な計測・センシング技術や、高度な信号処理技術を利用した超小型・ワイヤレスのIoTセンシング技術の開発など、様々な卓越した最先端ナノフォトニクス技術の研究を進めています。

 今般、産総研と阪大は新たな産総研の拠点(PhotoBIO-OIL)を阪大吹田キャンパスに設置し、阪大が有するナノフォトニクス技術と産総研のバイオデバイス技術を融合し、生体メカニズムを解明するとともに、画期的な創薬、薬効・毒性評価や、健康状態評価、感染症診断を実現するためのバイオセンシング技術の研究開発を行います。またPhotoBIO-OILでは民間企業と密接に連携しつつ、同時に共同研究を進め、得られた成果の速やかな産業化と社会実装を目指します。

産総研・阪大 先端フォトニクス・バイオセンシングオープンイノベーションラボラトリの模式図
産総研・阪大 先端フォトニクス・バイオセンシングオープンイノベーションラボラトリ(PhotoBIO-OIL)


PhotoBIO-OILで行う主な研究

1) 革新的な細胞操作・イメージング技術の開発
 高精度な創薬・診断技術の開発には、細胞機能を自在に操作する技術と細胞に含まれる生体分子を低侵襲・リアルタイム・長時間計測する技術を高度に統合させることが不可欠です。そこで、産総研の有する細胞操作技術と、阪大の細胞イメージング解析技術を融合して、肝細胞や神経細胞などを対象として、各種刺激に対する今までは観測できなかった多様な分子群の応答の高精度な計測を実現します。

2) 次世代フォトニクスバイオセンサーの開発
 タンパク質や核酸などの生体分子の計測の迅速化、低廉化にはマイクロ流体チップの利用が有効ですが、合わせて高感度検出・流体制御を含む全ての機能の小型集積化が必須となります。今回、産総研のマイクロ流体制御技術と阪大が持つ表面増強ラマン散乱分光法や局在表面プラズモン共鳴法を利用した高感度測定技術の小型・高感度化技術を組み合わせて、小型で高性能な核酸やタンパク質などの検知技術と装置を開発します。成果として迅速かつその場診断のニーズに対応したバイオセンシング機器の実用化が期待されます。

3) バイオセンシングの超高感度IoTプラットフォームの構築
 バイオセンシングの普及、大規模な環境計測など、その広範な利用には革新的なセンサー実装技術による低廉化とともに高感度化、IoT化が必要です。PhotoBIO-OIL では、産総研の電解質計測センサー、阪大の有機物センサーを、阪大が持つIoT低ノイズ信号処理技術を用いて、高感度化・小型化・ワイヤレス化した装置を試作し、その性能を検証します。健康状態や環境、食品の品質などを遠隔、実時間でセンシングする低廉なシステムへの発展が期待されます。


開所式の様子

 平成29年1月6日(金)、大阪大学吹田キャンパスに設立した「産総研・阪大 先端フォトニクス・バイオセンシングオープンイノベーションラボラトリ」(PhotoBIO-OIL)の開所式を行いました。

 中鉢理事長の挨拶・設立趣旨説明の後、西尾 章治郎 大阪大学総長のご挨拶と経済産業省、文部科学省、産業界からのご来賓の方々よりそれぞれご祝辞を賜り、西尾総長と中鉢理事長による調印式を行いました。

 その後、産業界、学術界からラボへのご期待のご講演の後、ラボ長に就任した大阪大学 民谷 栄一 教授と副ラボ長に就任した産総研 脇田 慎一 総括研究主幹からPhotoBIO-OILの研究の内容と方向性について説明しました。

 当日は、ラボへの期待の大きさを示すように多くの関係者が出席し、盛況の内に開所式をとりおこなうことができました。

調印式の様子   記念撮影の様子
調印式の様子   記念撮影の様子

用語の説明

◆オープンイノベーションラボラトリ(OIL)
経済産業省が平成28年度から始めた「オープンイノベーションアリーナ」事業の一環として行われるもので、卓越した基礎研究に基づく技術シーズをもつ大学などに、産総研が研究拠点を設置し、その大学と産総研が集中的・組織的に研究を行うことにより、技術の実用化・「橋渡し」の加速や、「橋渡し」につながる目的基礎研究の強化を目指すものです。これまで、平成28年4月に名古屋大学と共同で「産総研・名大 窒化物半導体先進デバイスオープンイノベーションラボラトリ」(GaN-OIL)を、平成28年6月に東京大学と共同で「産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ」(OPERANDO-OIL)を、また同月に東北大学と共同で「産総研・東北大 数理先端材料モデリングオープンイノベーションラボラトリ」(MathAM-OIL)を、平成28年7月に早稲田大学と共同で「産総研・早大 生体システムビッグデータ解析オープンイノベーションラボラトリ」(CBBD-OIL)を設立しています。[参照元へ戻る]
◆バイオセンシング
生体はタンパク質、核酸、糖、脂質など様々な生体分子で構成されており、生体分子やその反応で生じる様々な物質を測定することで、生体内外の状態を知ることができます。こうした生体分子や物質を測定するバイオセンシングの進歩により、様々な場面で測定が難しかった微量な生体由来成分を測ることが可能となり、その成果が新たな病気の診断法や健康評価、食品の品質管理などに役立っています。[参照元へ戻る]
◆バイオデバイス
バイオテクノロジーを利用した機能性デバイスの総称です。例えば、バイオセンサー、マイクロアレイやマイクロ流体チップなどが広く利用されています。[参照元へ戻る]
◆マイクロ流体チップ
半導体微細加工などにより形成した微小流路を有する分析や反応用の基板。[参照元へ戻る]
◆ラマン顕微鏡
分子の振動や回転に影響された入射光とは波長の違う光による顕微観察を行う装置。事前の蛍光物質添加などの処理は必要とせず、細胞内部の生体分子を観察できます。[参照元へ戻る]
◆IoT
モノとモノがインターネットを介してつながるシステム(Internet of Things)の略称。[参照元へ戻る]
◆ナノフォトニクス技術
可視光の波長よりも微小な空間におけるフォトン(光子)と物質の相互作用に関する科学技術。従来の光学技術では対物レンズなどを用いて光を微小空間に集光しますが、光の波動性により集光サイズは波長程度に制限されてしまいます。一方、ナノフォトニクス技術では、表面プラズモン共鳴や非線形光学現象、量子サイズ効果などを利用することで、100 nm以下の空間にフォトンを閉じ込め、ナノ物質などとの相互作用を誘起し、超解像イメージングや超高感度な計測・センシングなどを実現します。[参照元へ戻る]

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