研究内容・教育方針

１．バイオミネラルを陵駕するナノ規則性素材の創製

　
　バイオミネラルとは生体内に存在する硬組織であり，骨や歯，魚類の鱗，珪藻の被殻などがあります。バイオミネラルを構成する無機成分として，水酸アパタイト，炭酸カルシウム，シュウ酸カルシウム，リン酸カルシウム，酸化鉄，シリカがあります。バイオミネラルには糖やタンパク質などの有機物が存在しています。これらの有機物によって無機結晶の成長が巧みに制御され，その結果として，有機物と無機物が複合したバイオミネラルとなり，その機能は無機と有機の各ユニットが規則的に織りなすナノ構造によって発現します。俯瞰すると，生物は，常温，常圧，中性領域において，規則ナノ構造，及び，それを基礎構成単位としたマクロ組織体を合成し，複雑な階層組織構造を構築しています。このようなバイオミネラルの生成過程をバイオミネラリゼーションと呼びます。
　当研究室では，有機物を起点としたボトムアップ型テクノロジーによる規則構造体の形成を目的とし，核形成，核成長をポリマーの会合構造により制御し，ナノメートルオーダーの無機と有機から成る規則構造体をについて研究し，ナノバイオマテリアルの開発へ展開しております。最近では，ポリイミドをラビング処理して，その表面でコラーゲンフィブリルを一軸に配列させる技術を確立し，水酸アパタイトを複合させることに成功しています．
 

(2021時点：代表論文1-1) Yadong Chai; Mitsuhiro Okuda; Mari Miyata; Zizhen Liu; Motohiro Tagaya, “Rubbing-Assisted Approach to Highly-Oriented Collagen Fibril Arrays for Calcium Phosphate Precipitation.” Materials Chemistry Frontiers, 5, 3936–3948 (2021).
(2021時点：代表論文1-2) Yadong Chai; Yuri Maruko; Zizhen Liu; Motohiro Tagaya, “Design of Oriented Mesoporous Silica Films for Guiding Protein Adsorption States.” Journal of Materials Chemistry B, 9(8), 2054–2065 (2021).
(2021時点：代表論文1-3) Yadong Chai; Tadashi Yamaguchi; Motohiro Tagaya, “Fabrication of Phospholipid Vesicle-interacted Calcium Phosphate Films with Sterilization Stability.” Crystal Growth & Design, 17 (9), 4977−4983 (2017).
 
２．光機能バイオセラミックスの創製と細胞標識剤への展開

(2021時点：代表論文2-1) Iori Yamada; Daichi Noda; Kenji Shinozaki; Tania Guadalupe Peaflor Galindo; Motohiro Tagay, “Synthesis of Luminescent Eu(III)-doped Octacalcium Phosphate Particles Hybridized with Succinate ion and Their Reactive Behavior in Simulated Body Fluid.” Crystal Growth & Design, 21(4), 2005–2018 (2021).
(2021時点：代表論文2-2) Takuya Kataoka, Sadaki Samitsu, Mitsuhiro Okuda, Daisuke Kawagoe, Motohiro Tagaya, “Highly-luminescent Hydroxyapatite Nanoparticles Hybridized with Citric Acid for Their Bifunctional Cell-labeling and Cytostatic Suppression Properties.” ACS Applied Nano Materials, 3(1), 241−256 (2020).
(2021時点：代表論文2-3) Takuya Kataoka; Shigeaki Abe; Motohiro Tagaya, “Surface-engineered Design of Efficient Luminescent Europium(III) Complex-based Hydroxyapatite Nanocrystals for Rapid HeLa Cancer Cell Imaging” ACS Applied Materials & Interfaces, 11(9), 8915−8927 (2019).
 
３．生体親和性を発現するバイオセラミック表面特性の計測と解明

　
　バイオセラミックスを体内へ埋入すると，生体内部において，細胞はバイオセラミックス表面に吸着したタンパク層を介して相互作用し，生体反応を引き起こし，生体組織形成が生じると考えられています．すなわち，生体親和性の高いバイオセラミックス創製のためには，細胞とバイオセラミックスの間に形成される界面層を計測して解明することが不可欠です．
　当研究室では長きにわたり「(I) バイオセラミックス表面設計」「(II) タンパク質による表面改質」「(III)細胞接着に関する研究」を推進し，各 (I)～(III) の 現象を明らかにしてきました．しかし，液中界面領域における一連の関係性が未解明な状況です．そこで，当研究室では，細胞とバイオセラミックスの界面現象を解明する研究を進めております．特に，生体組織が関わる液中ナノスケール界面に着目した研究を展開しています．このような界面計測研究を通じて「生体親和性を発現するバイオセラミック表面特性」が解明され，細胞機能を活性化させるバイオセラミックス創製指針へ応用できると考えています．今後の研究推進によって，“Nanobioceramic-based Interactions”の意義と概念が深化し，バイオセラミックスから細胞へ働き掛ける現象が解明されるものと期待しています．特に，当研究室で保有するQCM-D (Quartz Crystal Microbalance with Dissipation) 装置におけるDissipation解析は，様々なバイオ計測へ応用でき，液中での生体高分子の自己組織化過程をはじめ接合界面構造の計測・解明へ展開できるものと期待しています．
 

(2021時点：代表論文3-1) Shota Yamada; Takaki Kobashi, Motohiro Tagaya, “Control of Hydration Layer States on Phosphorus-containing Mesoporous Silica Films and Their Reactivity Evaluation with Biological Fluid.” Journal of Materials Chemistry B, 9(8), 1896–1907 (2021).
(2021時点：代表論文3-2) Shota Yamada, Satoshi Motozuka, Motohiro Tagaya, “Synthesis of Nanostructured Silica/Hydroxyapatite Hybrid Particles Containing Amphiphilic Triblock Copolymer for Effectively Controlling Hydration Layer Structures with Cytocompatibility.” Journal of Materials Chemistry B, 8, 1524–1537 (2020).
(2021時点：代表論文3-3) Tania Guadalupe Peñaflor Galindo, Motohiro Tagaya, “Interfacial Effect of Hydration Structures of Hydroxyapatite Nanoparticle Films on Protein Adsorption and Cell Adhesion States.” ACS Applied Bio Materials, 2(12), 5559−5567 (2019).
 
４．その他