2022/03/10 更新

写真a

タカハシ ヤスフミ
高橋 康史
TAKAHASHI Yasufumi
所属
大学院工学研究科 電子工学専攻 情報デバイス工学 教授
大学院担当
大学院工学研究科
学部担当
工学部 電気電子情報工学科
職名
教授

学位 1

  1. 博士(学術) ( 2009年3月 ) 

研究分野 1

  1. ナノテク・材料 / 分析化学  / 走査型プローブ顕微鏡

経歴 2

  1. 名古屋大学   大学院工学研究科 電子工学専攻   教授

    2021年12月 - 現在

  2. 金沢大学   ナノ生命科学研究所   教授

    2020年10月 - 現在

学歴 1

  1. 東北大学   環境科学研究科博士課程後期

    2006年4月 - 2009年3月

受賞 17

  1. 第16回わかしゃち奨励賞

    2022年1月   愛知県経済産業局産業部産業科学技術課   ウィルスの取り込み過程の可視化に資する新奇プローブ顕微鏡の開発

    高橋康史

  2. 中谷賞奨励賞

    2020年1月   公益財団法人中谷医工計測技術振興財団  

  3. 中谷賞奨励賞

    2020年1月   公益財団法人中谷医工計測技術振興財団   シングルセル電気化学イメージング技術の創成

    高橋康史

  4. 第1回バイオインダストリー奨励賞

    2017年10月   null  

  5. 若手優秀発表賞

    2017年6月   日本細胞生物学会  

  6. 第2回若手研究者奨励賞

    2016年12月   金沢大学先端科学・イノベーション推進機構協力会  

  7. 文部科学大臣賞若手科学者賞

    2016年4月   null  

  8. 進歩賞・佐野賞

    2016年3月   電気化学会  

  9. 奨励賞

    2015年9月   日本分析化学会  

  10. 若手奨励賞

    2015年9月   日本生物物理学会  

  11. ナノプローブ奨励賞

    2015年5月   JSPS167委員会  

  12. 講演奨励賞

    2015年5月   日本化学会  

  13. 第37回内藤コンファレンスポスター賞

    2014年7月   null  

  14. 第19回青葉工学研究奨励賞

    2013年12月   null  

  15. R&D Encouragement Award

    2013年11月   NF Foundation  

  16. 総長賞

    2009年3月   東北大学  

  17. 講演奨励賞

    2004年5月   応用物理学会  

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論文 114

  1. Alkaline Phosphatase-based Electrochemical Analysis for Point-of-Care Testing

    Kanno Y., Zhou Y., Fukuma T., Takahashi Y.

    Electroanalysis   34 巻 ( 2 ) 頁: 161 - 167   2022年2月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:Electroanalysis  

    Point-of-care testing (POCT) devices have evolved to provide beneficial information about an individual's health whenever needed. Enzyme-based analytical devices have facilitated the highly selective detection of numerous biological molecules and ions. Enzymes are commonly used as the tags of recognition components, such as antibodies, to generate and amplify detection signals. Particularly, alkaline phosphatase (ALP) is one of the most widely used enzymes because of its high turnover number and low cost. Rapid response time and the incorporation of many sensors fabricated by micro/nano processing technologies are the advantages in using electrochemical devices as analytical tools. Therefore, ALP-based electrochemical devices have potential applications for more practical POCT platforms. This review summarizes recent research progress of ALP-based electrochemical devices for POCT. In addition to ALP substrates, the application of ALP-based immunosensors, aptasensors, and DNAzyme sensors are discussed.

    DOI: 10.1002/elan.202100294

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  2. Direct Electrochemical Visualization of the Orthogonal Charge Separation in Anatase Nanotube Photoanodes for Water Splitting

    Makarova M.V., Amano F., Nomura S., Tateishi C., Fukuma T., Takahashi Y., Korchev Y.E.

    ACS Catalysis   12 巻 ( 2 ) 頁: 1201 - 1208   2022年1月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:ACS Catalysis  

    Photoelectrochemical (PEC) water splitting is an important and rapidly developing technology that produces H2 as a renewable resource, but local surface investigations remain a major challenge. Using scanning electrochemical cell microscopy (SECCM), the PEC catalytic effects of anatase TiO2-nanotube arrays grown on Ti felt are explored. The SECCM imaging is performed both perpendicular and parallel to the nanotube growth direction. In contrast to bulk cyclic voltammetry measurements, SECCM measures only the upper region of the nanotubes that remain in contact with the electrolyte, which provides a better understanding of the phenomena connected to the longitudinal charge transport. Despite the presence of regions with higher and lower photocurrent, the PEC reactivities of the nanotube tops and walls are roughly comparable with each other. The data support the model of orthogonal electron-hole separation. This model facilitates the photogenerated hole diffusion over the short distance to the electrolyte interface due to the sufficient transport of photoexcited electrons along the long axial direction of TiO2 nanotubes and is often applied to one-dimensional systems. Observed results were additionally supported by the nanotube decoration with photoelectrochemically deposited PbO2 particles.

    DOI: 10.1021/acscatal.1c04910

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  3. Characterization of the Depth of Discharge-Dependent Charge Transfer Resistance of a Single LiFePO<inf>4</inf>Particle 国際誌

    Yamamoto T., Ando T., Kawabe Y., Fukuma T., Enomoto H., Nishijima Y., Matsui Y., Kanamura K., Takahashi Y.

    Analytical Chemistry   93 巻 ( 43 ) 頁: 14448 - 14453   2021年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    The discharged state affects the charge transfer resistance of lithium-ion secondary batteries (LIBs), which is referred to as the depth of discharge (DOD). To understand the intrinsic charge/discharge property of LIBs, the DOD-dependent charge transfer resistance at the solid-liquid interface is required. However, in a general composite electrode, the conductive additive and organic polymeric binder are unevenly distributed, resulting in a complicated electron conduction/ion conduction path. As a result, estimating the DOD-dependent rate-determining factor of LIBs is difficult. In contrast, in micro/nanoscale electrochemical measurements, the primary or secondary particle is evaluated without using a conductive additive and providing an ideal mass transport condition. To control the DOD state of a single LiFePO4active material and evaluate the DOD-dependent charge transfer kinetic parameters, we use scanning electrochemical cell microscopy (SECCM), which uses a micropipette to form an electrochemical cell on a sample surface. The difference in charge transfer resistance at the solid-liquid interface depending on the DOD state and electrolyte solution could be confirmed using SECCM.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.1c02851

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    PubMed

  4. Scanning electrochemical microscopy for biosurface imaging

    Zhou Y., Takahashi Y., Fukuma T., Matsue T.

    Current Opinion in Electrochemistry   29 巻   頁: 100739 - 100739   2021年10月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Current Opinion in Electrochemistry  

    Scanning electrochemical microscopy (SECM) is a powerful technique that can provide chemical identity, quantification, and spatiotemporal information on biosurfaces. The ability of SECM for noninvasive and high-resolution electrochemical imaging has made it valuable for the study of cell phenotypes and functions. This review focuses on the latest advances of SECM technique for the biosurface imaging. The SECM measurements of different biomarkers, including oxygen consumption rate and enzyme activity of cell aggregates, redox state of cardiomyocytes, and bacterial metabolic activity, are introduced. The applicability of SECM on membrane permeability measurements, neurotransmitter measurements, and intracellular measurements is discussed.

    DOI: 10.1016/j.coelec.2021.100739

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  5. Topography and Permeability Analyses of Vasculature-on-a-Chip Using Scanning Probe Microscopies 国際誌

    Nashimoto Y., Abe M., Fujii R., Taira N., Ida H., Takahashi Y., Ino K., Ramon-Azcon J., Shiku H.

    Advanced Healthcare Materials   10 巻 ( 21 ) 頁: e2101186   2021年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Advanced Healthcare Materials  

    Microphysiological systems (MPS) or organs-on-chips (OoC) can emulate the physiological functions of organs in vitro and are effective tools for determining human drug responses in preclinical studies. However, the analysis of MPS has relied heavily on optical tools, resulting in difficulties in real-time and high spatial resolution imaging of the target cell functions. In this study, the role of scanning probe microscopy (SPM) as an analytical tool for MPS is evaluated. An access hole is made in a typical MPS system with stacked microchannels to insert SPM probes into the system. For the first study, a simple vascular model composed of only endothelial cells is prepared for SPM analysis. Changes in permeability and local chemical flux are quantitatively evaluated during the construction of the vascular system. The morphological changes in the endothelial cells after flow stimulation are imaged at the single-cell level for topographical analysis. Finally, the possibility of adapting the permeability and topographical analysis using SPM for the intestinal vascular system is further evaluated. It is believed that this study will pave the way for an in situ permeability assay and structural analysis of MPS using SPM.

    DOI: 10.1002/adhm.202101186

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    PubMed

  6. Geometric model of 3D curved graphene with chemical dopants

    Dechant A., Ohto T., Ito Y., Makarova M.V., Kawabe Y., Agari T., Kumai H., Takahashi Y., Naito H., Kotani M.

    Carbon   182 巻   頁: 223 - 232   2021年6月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Carbon  

    Geometric structures of carbon networks are key in designing their material properties. In particular, optimization of curved structures through the introduction of topological defects and doping of heteroatoms in the lattice is crucial to the design of carbon-based, non-noble-metal-free catalysts. A simple and practical mathematical model based on discrete geometric analysis is proposed to describe the geometric features of carbon networks and their relationships to their material properties. This model can pre-screen candidates for novel material design, and these candidates can be further examined by the density functional theory (DFT). Inspired by observations regarding the preferential doping of heteroatoms at local curved sites, the important characteristics of the candidate material were experimentally realized, and its enhanced catalytic activity facilitated by chemical dopants was confirmed in the designed carbon network.

    DOI: 10.1016/j.carbon.2021.06.004

    Web of Science

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  7. Nanoscale characterization of the site‐specific degradation of electric double‐layer capacitor using scanning electrochemical cell microscopy

    Yusuke Kawabe, Yosuke Miyakoshi, Rui Tang, Takeshi Fukuma, Hirotomo Nishihara, Yasufumi Takahashi

    Electrochemical Science Advances     2021年5月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1002/elsa.202100053

    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/elsa.202100053

  8. Nanoscale Reactivity Mapping of a Single-Crystal Boron-Doped Diamond Particle 国際誌

    Ando T., Asai K., Macpherson J., Einaga Y., Fukuma T., Takahashi Y.

    Analytical Chemistry   93 巻 ( 14 ) 頁: 5831 - 5838   2021年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Boron-doped diamond (BDD) is most often grown by chemical vapor deposition (CVD) in polycrystalline form, where the electrochemical response is averaged over the whole surface. Deconvoluting the impact of crystal orientation, surface termination, and boron-doped concentration on the electrochemical response is extremely challenging. To tackle this problem, we use CVD to grow isolated single-crystal microparticles of BDD with the crystal facets (100, square-shaped) and (111, triangle-shaped) exposed and combine with hopping mode scanning electrochemical cell microscopy (HM-SECCM) for electrochemical interrogation of the individual crystal faces (planar and nonplanar). Measurements are made on both hydrogen- (H-) and oxygen (O-)-terminated single-crystal facets with two different redox mediators, [Ru(NH3)6]3+/2+ and Fe(CN)64-/3-. Extraction of the half-wave potential from linear sweep and cyclic voltammetric experiments at all measurement (pixel) points shows unequivocally that electron transfer is faster at the H-terminated (111) surface than at the H-terminated (100) face, attributed to boron dopant differences. The most dramatic differences were seen for [Ru(NH3)6]3+/2+ when comparing the O-terminated (100) surface to the H-terminated (100) face. Removal of the H-surface conductivity layer and a potential-dependent density of states were thought to be responsible for the behavior observed. Finally, a bimodal distribution in the electrochemical activity on the as-grown H-terminated polycrystalline BDD electrode is attributed to the dominance of differently doped (100) and (111) facets in the material.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.1c00053

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    PubMed

  9. Mapping mechanical properties of living cells at nanoscale using intrinsic nanopipette-sample force interactions 国際誌

    Kolmogorov V.S., Erofeev A.S., Woodcock E., Efremov Y.M., Iakovlev A.P., Savin N.A., Alova A.V., Lavrushkina S.V., Kireev I.I., Prelovskaya A.O., Sviderskaya E.V., Scaini D., Klyachko N.L., Timashev P.S., Takahashi Y., Salikhov S.V., Parkhomenko Y.N., Majouga A.G., Edwards C.R.W., Novak P., Korchev Y.E., Gorelkin P.V.

    Nanoscale   13 巻 ( 13 ) 頁: 6558 - 6568   2021年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nanoscale  

    Mechanical properties of living cells determined by cytoskeletal elements play a crucial role in a wide range of biological functions. However, low-stress mapping of mechanical properties with nanoscale resolution but with a minimal effect on the fragile structure of cells remains difficult. Scanning Ion-Conductance Microscopy (SICM) for quantitative nanomechanical mapping (QNM) is based on intrinsic force interactions between nanopipettes and samples and has been previously suggested as a promising alternative to conventional techniques. In this work, we have provided an alternative estimation of intrinsic force and stress and demonstrated the possibility to perform qualitative and quantitative analysis of cell nanomechanical properties of a variety of living cells. Force estimation on decane droplets with well-known elastic properties, similar to living cells, revealed that the forces applied using a nanopipette are much smaller than in the case using atomic force microscopy. We have shown that we can perform nanoscale topography and QNM using a scanning procedure with no detectable effect on live cells, allowing long-term QNM as well as detection of nanomechanical properties under drug-induced alterations of actin filaments and microtubulin.

    DOI: 10.1039/d0nr08349f

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    PubMed

  10. Nanoscale Visualization of Morphological Alteration of Live-Cell Membranes by the Interaction with Oligoarginine Cell-Penetrating Peptides 国際誌

    Ida H., Takahashi Y., Kumatani A., Shiku H., Murayama T., Hirose H., Futaki S., Matsue T.

    Analytical Chemistry   93 巻 ( 13 ) 頁: 5383 - 5393   2021年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    The interactions between the cell membrane and biomolecules remain poorly understood. For example, arginine-rich cell-penetrating peptides (CPPs), including octaarginines (R8), are internalized by interactions with cell membranes. However, during the internalization process, the exact membrane dynamics introduced by these CPPs are still unknown. Here, we visualize arginine-rich CPPs and cell-membrane interaction-induced morphological changes using a system that combines scanning ion-conductance microscopy and spinning-disk confocal microscopy, using fluorescently labeled R8. This system allows time-dependent, nanoscale visualization of structural dynamics in live-cell membranes. Various types of membrane remodeling caused by arginine-rich CPPs are thus observed. The induction of membrane ruffling and the cup closure are observed as a process of endocytic uptake of the peptide. Alternatively suggested is the concave structural formation accompanied by direct peptide translocation through cell membranes. Studies using R8 without fluorescent labeling also demonstrate a non-negligible effect of the fluorescent moiety on membrane structural alteration.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04097

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    PubMed

  11. Micropipet-Based Navigation in a Microvascular Model for Imaging Endothelial Cell Topography Using Scanning Ion Conductance Microscopy 国際誌

    Taira N., Nashimoto Y., Ino K., Ida H., Imaizumi T., Kumatani A., Takahashi Y., Shiku H.

    Analytical Chemistry   93 巻 ( 11 ) 頁: 4902 - 4908   2021年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Scanning ion conductance microscopy (SICM) has enabled cell surface topography at a high resolution with low invasiveness. However, SICM has not been applied to the observation of cell surfaces in hydrogels, which can serve as scaffolds for three-dimensional cell culture. In this study, we applied SICM for imaging a cell surface in a microvascular lumen reconstructed in a hydrogel. To achieve this goal, we developed a micropipet navigation technique using ionic current to detect the position of a microvascular lumen. Combining this navigation technique with SICM, endothelial cells in a microvascular model and blebs were visualized successfully at the single-cell level. To the best of our knowledge, this is the first report on visualizing cell surfaces in hydrogels using a SICM. This technique will be useful for furthering our understanding of the mechanism of intravascular diseases.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.0c05174

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    PubMed

  12. Acceleration of electrochemical CO<inf>2</inf> reduction to formate at the Sn/ reduced graphene oxide interface

    Tsujiguchi T., Kawabe Y., Jeong S., Ohto T., Kukunuri S., Kuramochi H., Takahashi Y., Nishiuchi T., Masuda H., Wakisaka M., Hu K., Elumalai G., Fujita J.I., Ito Y.

    ACS Catalysis   11 巻 ( 6 ) 頁: 3310 - 3318   2021年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACS Catalysis  

    Electrochemical CO2 reduction is a key technology to recycle CO2 as a renewable resource, but adsorbing CO2 on the catalyst surface is challenging. We explored the effects of reduced graphene oxide (rGO) in Sn/rGO composites and found that the CO2 adsorption ability of Sn/rGO was almost 4-times higher than that of bare Sn catalysts. Density functional theory calculations revealed that the oxidized functional groups of rGO offered adsorption sites for CO2 toward the adjacent Sn surface and that CO2-rich conditions near the surface facilitated the production of formate via COOH* formation while suppressing CO* formation. Scanning electrochemical cell microscopy directly indicated that CO2 reduction was accelerated at the interface, together with the kinetic suppression of undesirable and competitive hydrogen evolution at the interface. Thus, the synergism of Sn/rGO ensures a substantial/rapid supply of CO2 from the functional groups to the Sn surface, thereby enhancing the Faradaic efficiency 1.8-times compared with that obtained with bare Sn catalysts.

    DOI: 10.1021/acscatal.0c04887

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  13. Microelectrode-based transient amperometry of O<sub>2</sub> adsorption and desorption on a SrTiO<sub>3</sub> photocatalyst excited under water. 国際誌

    Kosaka T, Ando T, Hisatomi T, Nishiyama H, Zhou Y, Domen K, Takahashi Y, Onishi H

    Physical chemistry chemical physics : PCCP   23 巻 ( 35 ) 頁: 19386 - 19393   2021年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/d1cp03264j

    PubMed

  14. Electrochemical Quantitative Evaluation of the Surface Charge of a Poly(1-Vinylimidazole) Multilayer Film and Application to Nanopore pH Sensor

    Sato K., Sato F., Kumano M., Kamijo T., Sato T., Zhou Y., Korchev Y., Fukuma T., Fujimura T., Takahashi Y.

    Electroanalysis   33 巻 ( 6 ) 頁: 1633 - 1638   2021年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Electroanalysis  

    Nanopore pH sensing is based on the interaction between the surface charge of the nanopore and ions passing through the nanopore. The nanopore surface charge can be derived from the acid-base dissociation equilibrium of the modified polyelectrolyte. Various polyelectrolytes have been selected based on the acid dissociation constant of the monomer units, and various techniques have been applied to modify nanopores. However, they have been developed without clear guidelines for characterizing the surface modification status or surface charge. One reason has been the difficulty in accurately estimating the surface charge of nanopores in solution. Thus, in this study, the dissociation constant (pKaapp) of the surface charge of a modified polyelectrolyte nanopore was quantitatively estimated via electrochemical measurements. Previously, the modification status of nanopores has been evaluated using the ion current response. In addition, we monitored in real-time the polyelectrolyte modification status using a quartz crystal microbalance (QCM). Some polyelectrolytes were difficult to immobilize directly on the nanopore surface, and those polymers could be effectively modified by the layer-by-layer (LbL) technique. Therefore, we produced a guideline for the fabrication of a nanopore sensor for pH measurements under physiological conditions by quantitative evaluation of the pKaapp via electrochemical methods, the monitoring of the modification status by QCM, and the development of an effective modification method via the LbL technique.

    DOI: 10.1002/elan.202100041

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  15. ナノピペットを利用したナノスケールの電気化学イメージング技術の開発と応用

    高橋 康史

    日本表面真空学会学術講演会要旨集   2021 巻 ( 0 ) 頁: 1Da05   2021年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 日本表面真空学会  

    <p>触媒や蓄電池の開発において表面の反応性をマイクロ・ナノスケールで構造とともに可視化することは、結晶方位や粒界の反応性を理解するうえで、非常に重要である。そこで、ナノピペットをプローブに用いて、局所的に電気化学セルを形成し、ナノピペットを走査することで試料表面の反応性を可視化する走査型電気化学セル顕微鏡を開発した。この技術を用いて、水素発生反応の触媒や、リチウムイオン2次電池の評価を行った。</p>

    DOI: 10.14886/jvss.2021.0_1da05

    CiNii Research

  16. Transient Kinetics of O<inf>2</inf>Evolution in Photocatalytic Water-Splitting Reaction

    Kosaka T., Teduka Y., Ogura T., Zhou Y., Hisatomi T., Nishiyama H., Domen K., Takahashi Y., Onishi H.

    ACS Catalysis   10 巻 ( 22 ) 頁: 13159 - 13164   2020年11月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACS Catalysis  

    Water splitting to produce H2 and O2 is a fundamental reaction for artificial photosynthesis on semiconductor photocatalysts. The mechanism of the multistepped reaction, especially four-electron oxidation to O2, has not yet been understood. Although some intermediate states have been detected in transient spectroscopy, O2 evolution kinetics remain unknown at the end of consecutive reaction steps. We apply operando O2 detection with a microelectrode to determine the absolute evolution rate on a highly efficient SrTiO3 photocatalyst film casted on a glass plate. The evolution rate was determined with a time resolution of 0.1 s, which was improved by 1000 times compared with that in widely used gas-chromatographic detection. The observed rate did not respond instantaneously to excitation light irradiation. When light was turned on, the photocatalyst film was inactive for evolution and light-activated in seconds. It was proposed that the first absorbed photons were consumed to fill trap states on SrTiO3 surface and then the latter photons drove steady O2 evolution. When excitation light stopped, the O2 evolution rate exponentially decayed in seconds. The microelectrode method demonstrated herein will be useful for understanding many other reaction kinetics at liquid-solid interfaces.

    DOI: 10.1021/acscatal.0c04115

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  17. Nanoscale kinetic imaging of lithium ion secondary battery materials using scanning electrochemical cell microscopy 査読有り 国際誌

    Takahashi Y., Yamashita T., Takamatsu D., Kumatani A., Fukuma T.

    Chemical Communications   56 巻 ( 65 ) 頁: 9324 - 9327   2020年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Chemical Communications  

    To visualize the electrochemical reactivity and obtain the diffusion coefficient of the anode of lithium-ion batteries, we used scanning electrochemical cell microscopy (SECCM) in a glovebox. SECCM provided the facet-dependent diffusion coefficient on a Li4Ti5O12 (LTO) thin-film electrode and detected the metastable crystal phase of LixFePO4. This journal is

    DOI: 10.1039/d0cc02865g

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    PubMed

  18. In Vitro and in Vivo Electrochemical Measurement of Reactive Oxygen Species after Treatment with Anticancer Drugs 査読有り 国際誌

    Vaneev A.N., Gorelkin P.V., Garanina A.S., Lopatukhina H.V., Vodopyanov S.S., Alova A.V., Ryabaya O.O., Akasov R.A., Zhang Y., Novak P., Salikhov S.V., Abakumov M.A., Takahashi Y., Edwards C.R.W., Klyachko N.L., Majouga A.G., Korchev Y.E., Erofeev A.S.

    Analytical Chemistry   92 巻 ( 12 ) 頁: 8010 - 8014   2020年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    In vivo monitoring of reactive oxygen species (ROS) in tumors during treatment with anticancer therapy is important for understanding the mechanism of action and in the design of new anticancer drugs. In this work, a platinized nanoelectrode is placed into a single cell for detection of the ROS signal, and drug-induced ROS production is then recorded. The main advantages of this method are the short incubation time with the drug and its high sensitivity which allows the detection of low intracellular ROS concentrations. We have shown that our new method can measure the ROS response to chemotherapy in tumor-bearing mice in real-time. ROS levels were measured in vivo inside the tumor at different depths in response to doxorubicin. This work provides an effective new approach for the measurement of intracellular ROS by platinized nanoelectrodes.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.0c01256

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    PubMed

  19. Confinement of Hydrogen Molecules at Graphene-Metal Interface by Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction 査読有り

    Yasuda S., Tamura K., Terasawa T.O., Yano M., Nakajima H., Morimoto T., Okazaki T., Agari R., Takahashi Y., Kato M., Yagi I., Asaoka H.

    Journal of Physical Chemistry C   124 巻 ( 9 ) 頁: 5300 - 5307   2020年3月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Physical Chemistry C  

    Confinement of hydrogen molecules at graphene-substrate interface has presented significant importance from the viewpoints of development of fundamental understanding of two-dimensional material interface and energy storage system. In this study, we investigate H2 confinement at a graphene-Au interface by combining selective proton permeability of graphene and the electrochemical hydrogen evolution reaction (electrochemical HER) method. After HER on a graphene/Au electrode in protonic acidic solution, scanning tunneling microscopy finds that H2 nanobubble structures can be produced between graphene and the Au surface. Defect dependence of the bubble formation suggests that intrinsic defects in graphene, which have high hydrogen permeation barrier but are permeable for protons, are involved in the fundamental mechanism of bubble formation. Strain analysis by Raman spectroscopy also shows that atomic size roughness on the graphene/Au surface originating from the HER-induced strain relaxation of graphene plays significant role in formation of the nucleation site and H2 storage capacity. The result presented herein would provide further understanding of molecular confinement at graphene-based interface and development of novel energy material.

    DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c00995

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  20. High-Resolution Electrochemical Mapping of the Hydrogen Evolution Reaction on Transition-Metal Dichalcogenide Nanosheets 査読有り

    Takahashi Y., Kobayashi Y., Wang Z., Ito Y., Ota M., Ida H., Kumatani A., Miyazawa K., Fujita T., Shiku H., Korchev Y.E., Miyata Y., Fukuma T., Chen M., Matsue T.

    Angewandte Chemie - International Edition   59 巻 ( 9 ) 頁: 3601 - 3608   2020年2月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Angewandte Chemie - International Edition  

    High-resolution scanning electrochemical cell microscopy (SECCM) is used to image and quantitatively analyze the hydrogen evolution reaction (HER) catalytically active sites of 1H-MoS2 nanosheets, MoS2, and WS2 heteronanosheets. Using a 20 nm radius nanopipette and hopping mode scanning, the resolution of SECCM was beyond the optical microscopy limit and visualized a small triangular MoS2 nanosheet with a side length of ca. 130 nm. The electrochemical cell provides local cyclic voltammograms with a nanoscale spatial resolution for visualizing HER active sites as electrochemical images. The HER activity difference of edge, terrace, and heterojunction of MoS2 and WS2 were revealed. The SECCM imaging directly visualized the relationship of HER activity and number of MoS2 nanosheet layers and unveiled the heterogeneous aging state of MoS2 nanosheets. SECCM can be used for improving local HER activities by producing sulfur vacancies using electrochemical reaction at the selected region.

    DOI: 10.1002/anie.201912863

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  21. High-Speed SICM for the Visualization of Nanoscale Dynamic Structural Changes in Hippocampal Neurons 査読有り 国際誌

    Takahashi Y., Zhou Y., Miyamoto T., Higashi H., Nakamichi N., Takeda Y., Kato Y., Korchev Y., Fukuma T.

    Analytical Chemistry   92 巻 ( 2 ) 頁: 2159 - 2167   2020年1月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Dynamic reassembly of the cytoskeleton and structural changes represented by dendritic spines, cargo transport, and synapse formation are closely related to memory. However, the visualization of the nanoscale topography is challenging because of the diffraction limit of optical microscopy. Scanning ion conductance microscopy (SICM) is an effective tool for visualizing the nanoscale topography changes of the cell surface without labeling. The temporal resolution of SICM is a critical issue of live-cell time-lapse imaging. Here, we developed a new scanning method, automation region of interest (AR)-mode SICM, to select the next imaging region by predicting the location of a cell, thus improving the scanning speed of time-lapse imaging. The newly developed algorithm reduced the scanning time by half. The time-lapse images provided not only novel information about nanoscale structural changes but also quantitative information on the dendritic spine and synaptic bouton volume changes and formation process of the neural network that are closely related to memory. Furthermore, translocation of plasmalemmal precursor vesicles (ppvs), for which fluorescent labeling has not been established, were also visualized along with the rearrangement of the cytoskeleton at the growth cone.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04775

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  22. 触媒活性サイトの電気化学イメージングに資する走査型電気化学セル顕微鏡の開発と応用

    高橋 康史, 伊藤 良一, 熊谷 明哉, 井田 大貴, 宮田 耕充, 末永 智一, 福間 剛士

    電気化学   88 巻 ( 3 ) 頁: 229 - 234   2020年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 電気化学会  

    <p></p>

    DOI: 10.5796/denkikagaku.20-FE0022

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  23. High-resolution label-free 3D mapping of extracellular pH of single living cells. 査読有り 国際誌

    Zhang Y, Takahashi Y, Hong SP, Liu F, Bednarska J, Goff PS, Novak P, Shevchuk A, Gopal S, Barozzi I, Magnani L, Sakai H, Suguru Y, Fujii T, Erofeev A, Gorelkin P, Majouga A, Weiss DJ, Edwards C, Ivanov AP, Klenerman D, Sviderskaya EV, Edel JB, Korchev Y

    Nature communications   10 巻 ( 1 ) 頁: 5610 - 5610   2019年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Communications  

    Dynamic mapping of extracellular pH (pHe) at the single-cell level is critical for understanding the role of H+ in cellular and subcellular processes, with particular importance in cancer. While several pHe sensing techniques have been developed, accessing this information at the single-cell level requires improvement in sensitivity, spatial and temporal resolution. We report on a zwitterionic label-free pH nanoprobe that addresses these long-standing challenges. The probe has a sensitivity > 0.01 units, 2 ms response time, and 50 nm spatial resolution. The platform was integrated into a double-barrel nanoprobe combining pH sensing with feedback-controlled distance dependance via Scanning Ion Conductance Microscopy. This allows for the simultaneous 3D topographical imaging and pHe monitoring of living cancer cells. These classes of nanoprobes were used for real-time high spatiotemporal resolution pHe mapping at the subcellular level and revealed tumour heterogeneity of the peri-cellular environments of melanoma and breast cancer cells.

    DOI: 10.1038/s41467-019-13535-1

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  24. Scanning electrochemical cell microscopy for visualization and local electrochemical activities of lithium-ion (de) intercalation process in lithium-ion batteries electrodes

    Akichika Kumatani, Akichika Kumatani, Yasufumi Takahashi, Yasufumi Takahashi, Chiho Miura, Hiroki Ida, Hirotaka Inomata, Hitoshi Shiku, Hirokazu Munakata, Kiyoshi Kanamura, Tomokazu Matsue

    Surface and Interface Analysis   51 巻 ( 1 ) 頁: 27 - 30   2019年1月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:Surface and Interface Analysis  

    © 2018 John Wiley &amp; Sons, Ltd. Scanning electrochemical cell microscopy with a single barrel micro-/nano-pipette (SECCM) was applied to lithium iron phosphate (LiFePO4) composite positive electrodes and an isolated LiFePO4 secondary particle for lithium-ion batteries. To analyze lithium-ion (Li+) charge or discharge process on the electrodes using local probe, a pipette filled with LiCl electrolyte solution and Ag/AgCl quasi-reference counter electrode (QRCE) was used. Both the local electrochemical activities of LiFePO4 on the composite electrodes and a single particle were revealed by SECCM as in-situ direct measurement of current response-related Li+ transport from mapping and cyclic voltammogram at confined area by the pipette. The mapping has visualized Li+ deintercalation process from LiFePO4 at +0.65 V (applied between the sample-QRCE). We show that the SECCM system is a strong analytical tool for a characterization of local Li+ behavior of active electrode materials in lithium-ion batteries.

    DOI: 10.1002/sia.6538

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  25. Chemical Dopants on Edge of Holey Graphene Accelerate Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction

    Akichika Kumatani, Chiho Miura, Hirotaka Kuramochi, Tatsuhiko Ohto, Mitsuru Wakisaka, Yuki Nagata, Hiroki Ida, Yasufumi Takahashi, Kailong Hu, Samuel Jeong, Jun ichi Fujita, Tomokazu Matsue, Yoshikazu Ito

    Advanced Science   6 巻 ( 10 ) 頁: 1900119   2019年1月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:Advanced Science  

    © 2019 The Authors. Published by WILEY-VCH Verlag GmbH &amp; Co. KGaA, Weinheim Carbon-based metal-free catalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) are essential for the development of a sustainable hydrogen society. Identification of the active sites in heterogeneous catalysis is key for the rational design of low-cost and efficient catalysts. Here, by fabricating holey graphene with chemically dopants, the atomic-level mechanism for accelerating HER by chemical dopants is unveiled, through elemental mapping with atomistic characterizations, scanning electrochemical cell microscopy (SECCM), and density functional theory (DFT) calculations. It is found that the synergetic effects of two important factors—edge structure of graphene and nitrogen/phosphorous codoping—enhance HER activity. SECCM evidences that graphene edges with chemical dopants are electrochemically very active. Indeed, DFT calculation suggests that the pyridinic nitrogen atom could be the catalytically active sites. The HER activity is enhanced due to phosphorus dopants, because phosphorus dopants promote the charge accumulations on the catalytically active nitrogen atoms. These findings pave a path for engineering the edge structure of graphene in graphene-based catalysts.

    DOI: 10.1002/advs.201900119

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  26. Bioimaging by a Scanning Probe Microscope Using Microelectrodes and Nanopipettes

    Takahashi Yasufumi

    BUNSEKI KAGAKU   68 巻 ( 1 ) 頁: 33 - 41   2019年1月

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    記述言語:日本語  

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  27. 微小電極とナノピペットを利用した走査型プローブ顕微鏡によるバイオイメージング

    高橋康史

    分析化学   68 巻 ( 1 ) 頁: 33‐41(J‐STAGE) - 41   2019年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:Bunseki Kagaku  

    Scanning probe microscopy is an effective tool for nanoscale imaging and characterization at a solid-liquid interface. Scanning electrochemical microscopy (SECM) and the scanning ion conductance microscopy (SICM) using microelectrodes and nanopipettes as probes are applied to cell surface chemical and topographical imaging, respectively. In this review, we introduce our recent study concerning the development of nanoscale electrodes and a system for high-resolution of SECM, electrochemical imaging of membrane proteins, electrochemical evaluation of differentiation state of embryonic stem cells, hybrid system of SECM and SICM, neurotransmitters measurement, high-speed SICM, and chemical field effect transistor.

    DOI: 10.2116/bunsekikagaku.68.33

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    CiNii Research

    J-GLOBAL

  28. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡による一次繊毛の非標識イメージング 査読有り

    周 縁殊, 斎藤 将樹, 福間 剛士, 高橋 康史

    日本薬理学雑誌   154 巻 ( 4 ) 頁: 192 - 196   2019年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 日本薬理学会  

    &lt;p&gt;一次繊毛は,中心小体由来の基底小体と微小管ベースの軸糸からなる非運動性繊毛である.近年,繊毛病の発症とのつながりにより一次繊毛の構造と機能が注目されつつある.走査型イオンコンダクタンス顕微鏡(SICM)は細胞を生きたままで表面の形状や機能をナノスケールでマッピングすることが可能である.さらに,形状計測に関しては,蛍光画像のように測定対象物をラベル化する必要がない.著者らは,SICMを用いてヒト網膜色素上皮細胞株(RPE-1細胞)とイヌ腎臓尿細管上皮細胞株(MDCK細胞)の一次繊毛の構造をナノスケールで比較した.さらに,高解像度なSICMの形状イメージングにより,蛍光標識が困難なシリアポケットの可視化にも成功した.&lt;/p&gt;

    DOI: 10.1254/fpj.154.192

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  29. 走査型プローブ顕微鏡を用いた化学物質のその場計測法 査読有り

    高橋 康史, 周 縁殊, 福間 剛士

    日本薬理学雑誌   153 巻 ( 6 ) 頁: 267 - 272   2019年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 日本薬理学会  

    &lt;p&gt;マイクロスケールの微小電極を利用し,細胞が放出・消費する化学物質の濃度プロファイルを2次元の電流イメージとして取得する走査型電気化学顕微鏡(SECM)は,非染色・非侵襲計測が可能であり,細胞の代謝物や細胞により消費される酸素などの計測に大変有効である.我々は,このSECMの解像度の向上と単一細胞計測への応用を行った.具体的には,ナノスケールの電極の簡便・迅速な作製手法の開発と,細胞表面のナノスケールの凹凸を非接触・非標識で計測可能な走査型イオンコンダクタンス顕微鏡(SICM)の融合技術の開発を行うことで,SECMの解像度の飛躍的向上とともに,化学物質の濃度プロファイルと細胞表面形状の同時イメージングを実現した.本手法を用いて,ラット副腎褐色細胞腫(PC12)細胞からの神経伝達物質の放出を計測することに成功した.さらに,ナノスケールの電極の開発により,細胞内に電極を挿入することが可能となり,細胞内の活性酸素種(ROS)の計測にも成功した.&lt;/p&gt;

    DOI: 10.1254/fpj.153.267

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  30. 走査型プローブ顕微鏡による1次繊毛の非標識イメージング

    高橋 康史, 周 縁殊, 斎藤 将樹, 福間 剛士

    日本薬理学会年会要旨集   92 巻 ( 0 ) 頁: 1-S09-3 - S09-3   2019年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 日本薬理学会  

    <p>Primary cilia are hair-like sensory organelles whose dimensions and location vary with cell type and culture condition. Herein, we employed scanning ion conductance microscopy (SICM) to visualize the topography of primary cilia from different cell types. By combining SICM with fluorescence imaging, we successfully distinguished between surface cilia that project outward from the cell surface and subsurface cilia that are trapped below it. The nanoscale structure of the ciliary pocket, which cannot be easily identified using a confocal fluorescence microscope, was observed in SICM images. Furthermore, we developed a topographic reconstruction method using current-distance profiles to evaluate the relationship between set point and topographic image and found that a low set point is important for detecting the true topography of a primary cilium using hopping mode SICM.</p>

    DOI: 10.1254/jpssuppl.92.0_1-s09-3

    CiNii Research

  31. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡を用いた細胞外微小環境のナノスケールイメージング

    高橋 康史, 周 縁殊, 藤井 拓人, 酒井 秀紀, 福間 剛士

    日本薬理学会年会要旨集   92 巻 ( 0 ) 頁: 2-S14-3 - S14-3   2019年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人 日本薬理学会  

    <p>Local metabolite and ionic strength are important factors for maintaining the functions of living cells. We have developed micro-nanoscale electrode and electrochemical sensor based scanning probe microscopy to measure the spatial electrochemical metabolite and ion concentration profile near the sample surface with nanoscale resolution. Scanning electrochemical microscopy (SECM) uses an ultramicroelectrode as a probe for detecting electroactive chemical species (oxygen, ATP, and reactive oxygen species (ROS), and neurotransmitter). SECM has been recognized as an effective tool for investigating micrometer-scale local chemical flux. Miniaturization of the electrode is an important factor for improving SECM resolution.<sup> </sup>Electrode–sample distance control is also an important factor for measuring fast chemical flux and improving SECM resolution. Distance control by ion current feedback is a promising way for the non-contact investigation of soft materials, SECM–scanning ion-conductance microscopy (SICM) has been used in a hybrid system to improve SECM resolution by controlling the electrode probe and sample distance in solutions without direct contact. SICM is also useful for detecting the ion concentration profile and charge measurement in a solution. We measured the 3D chemical and ion current using SECM–SICM. In this presentation, we report the SICM topography images of gastric surface mucous cell lines (GSM06), which produce periodic acid-schiff and concanavalin A positive glycoproteins. To visualize the damage process of the mucosal layer, we added ethanol to GSM06 cells and imaged the topography change using SICM. We also performed topography and electrochemical simultaneous imaging using SICM-SECM to identify the mucosal layer without labelling.</p>

    DOI: 10.1254/jpssuppl.92.0_2-s14-3

    CiNii Research

  32. 走査型プローブ顕微鏡 45.原子間力顕微鏡 ii.走査型イオンコンダクタンス顕微鏡―生細胞の形状と機能をナノスケールで可視化

    高橋康史

    実験医学   36 巻 ( 20 ) 頁: 3470‐3471   2018年12月

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    記述言語:日本語  

    J-GLOBAL

  33. Visualization of inhomogeneous current distribution on ZrO<sub>2</sub>-coated LiCoO<sub>2</sub> thin-film electrodes using scanning electrochemical cell microscopy. 査読有り

    Inomata H, Takahashi Y, Takamatsu D, Kumatani A, Ida H, Shiku H, Matsue T

    Chemical communications (Cambridge, England)   55 巻 ( 4 ) 頁: 545 - 548   2018年12月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:Chemical Communications  

    Cathode surface coating with metal-oxide thin layers has been intensively studied to improve the cycle durability of lithium-ion batteries. A comprehensive understanding of the metal-oxide morphology and the local electrochemical properties is essential for figuring out the metal-oxide coating effect. In this study, scanning electrochemical cell microscopy (SECCM) is used to analyze the surface morphology with high spatial resolution, together with the local electrochemical properties.

    DOI: 10.1039/c8cc08916g

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  34. Quantitative Real-Time Monitoring of Antibody-Induced Internalization of Epidermal Growth Factor Receptor on Single Living Mammalian Cells Using Scanning Electrochemical Microscopy

    Yoshiharu Matsumae, Yoshiharu Matsumae, Yasufumi Takahashi, Yasufumi Takahashi, Yasufumi Takahashi, Yasufumi Takahashi, Hitoshi Shiku, Hitoshi Shiku, Tomokazu Matsue

    ChemElectroChem   5 巻 ( 20 ) 頁: 3096 - 3101   2018年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ChemElectroChem  

    © 2018 Wiley-VCH Verlag GmbH &amp; Co. KGaA, Weinheim An antibody-induced internalization of epidermal growth factor receptor (EGFR) was quantitatively monitored using scanning electrochemical microscopy (SECM) at the single-cell level. The antibody Cetuximab is used for cancer treatment because of its capability to bind and internalize EGFR, which is one of the key membrane proteins associated with many cancers. To monitor antibody-induced EGFR internalization, Cetuximab was simply labelled with enzymes and the resulting enzymatic products were then electrochemically detected by using a microelectrode. By optimizing experimental parameters, such as immunostaining condition, enzyme type, and buffer solution, we were able to successfully monitor the EGFR internalization by using SECM, from which we found a decrease in current responses from a single living cell by 20 % in the first 60 min, suggesting different internalization pathways from inherent ligand-induced internalization.

    DOI: 10.1002/celc.201800563

    Web of Science

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  35. 超解像度ケミカルイメージングを実現する電気化学顕微鏡の開発

    高橋康史

    バイオサイエンスとインダストリー   76 巻 ( 4 ) 頁: 332‐333   2018年7月

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    記述言語:日本語  

    J-GLOBAL

  36. ナノ電気化学顕微鏡の創成と単一細胞評価への応用

    高橋康史

    中谷医工計測技術振興財団年報   ( 31 ) 頁: 109‐114   2018年3月

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    記述言語:日本語  

    J-GLOBAL

  37. 酸化還元反応の差異による半導体・金属カーボンナノチューブの検出

    熊谷明哉, 熊谷明哉, 志村実優, 高橋康史, 高橋康史, 三浦千穂, 岡田健, 岡田健, 井田大貴, 珠玖仁, 寒川誠二, 寒川誠二, 末永智一

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)   65th 巻   頁: ROMBUNNO.17p‐P5‐4   2018年3月

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    記述言語:日本語  

    J-GLOBAL

  38. 電気化学イメージングによる金属/半導体カーボンナノチューブの酸化還元反応の検証

    志村実優, 熊谷明哉, 熊谷明哉, 岡田健, 三浦千穂, 井田大貴, 寒川誠二, 寒川誠二, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 末永智一

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)   85th 巻   頁: ROMBUNNO.1J12   2018年2月

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    記述言語:日本語  

    J-GLOBAL

  39. Nanoscale Imaging of Primary Cilia with Scanning Ion Conductance Microscopy 査読有り

    Zhou Y., Saito M., Miyamoto T., Novak P., Shevchuk A.I., Korchev Y.E., Fukuma T., Takahashi Y.

    Analytical Chemistry   90 巻 ( 4 ) 頁: 2891 - 2895   2018年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Primary cilia are hair-like sensory organelles whose dimensions and location vary with cell type and culture condition. Herein, we employed scanning ion conductance microscopy (SICM) to visualize the topography of primary cilia from different cell types. By combining SICM with fluorescence imaging, we successfully distinguished between surface cilia that project outward from the cell surface and subsurface cilia that are trapped below it. The nanoscale structure of the ciliary pocket, which cannot be easily identified using a confocal fluorescence microscope, was observed in SICM images. Furthermore, we developed a topographic reconstruction method using current-distance profiles to evaluate the relationship between set point and topographic image and found that a low set point is important for detecting the true topography of a primary cilium using hopping mode SICM.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.7b05112

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    PubMed

  40. Erratum to: An approach to the research on ion and water properties in the interphase between the plasma membrane and bulk extracellular solution (J Physiol Sci, (2017), 67, (439–445), 10.1007/s12576-017-0530-3) 査読有り

    Hibino H., Takai M., Noguchi H., Sawamura S., Takahashi Y., Sakai H., Shiku H.

    Journal of Physiological Sciences   68 巻 ( 1 ) 頁: 101 - 101   2018年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Physiological Sciences  

    The article An approach to the research on ion and water properties in the interphase between the plasma membrane and bulk extracellular solution, written by Hiroshi Hibino, Madoka Takai, Hidenori Noguchi, Seishiro Sawamura, Yasufumi Takahashi, Hideki Sakai and Hitoshi Shiku, was originally published Online First without open access. After publication in volume 67, issue 4, pages 439–445 the author decided to opt for Open Choice and to make the article an open access publication. Therefore, the copyright of the article has been changed to © The Author(s) 2017 and the article is forthwith distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), which permits use, duplication, adaptation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons license, and indicate if changes were made.

    DOI: 10.1007/s12576-017-0572-6

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  41. 走査型プローブ顕微鏡による生細胞の超解像度ケミカルイメージング

    高橋 康史

    日本物理学会講演概要集   73.1 巻 ( 0 ) 頁: 3049 - 3049   2018年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本物理学会  

    DOI: 10.11316/jpsgaiyo.73.1.0_3049

    CiNii Research

  42. 細胞多様性解明に資する光技術―見て,動かす I.見る,観る,視る 走査型プローブ顕微鏡よる生細胞の超解像イメージング

    高橋康史

    生体の科学   68 巻 ( 5 ) 頁: 382‐383 - 383   2017年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:株式会社医学書院  

    DOI: 10.11477/mf.2425200655

    CiNii Research

    J-GLOBAL

  43. Development of carbon-based nanoelectrodes for biosensing and electrochemical imaging 査読有り

    Takahashi Y., Zhou Y., Fukuma T.

    Current Opinion in Electrochemistry   5 巻 ( 1 ) 頁: 121 - 125   2017年10月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Current Opinion in Electrochemistry  

    Carbon nanoelectrodes are emerging as a powerful tool for local electrochemical measurements. In addition to the advantages of carbon electrodes, i.e., their electrochemical catalytic property, high current density, low ohmic drop, low capacitive current, wide potential window, and minimal electrode fouling, nanoscale spatial resolution opens up new possibilities for single synapse and intracellular measurements as well as for high sensitive chemical measurements. In this review, we present the recent progress made in the applications of carbon nanoelectrodes, mainly in electrochemical sensing and electrochemical imaging.

    DOI: 10.1016/j.coelec.2017.07.014

    Web of Science

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  44. 3D electrochemical and ion current imaging using scanning electrochemical-scanning ion conductance microscopy 査読有り

    Takahashi Y., Ida H., Matsumae Y., Komaki H., Zhou Y., Kumatani A., Kanzaki M., Shiku H., Matsue T.

    Physical Chemistry Chemical Physics   19 巻 ( 39 ) 頁: 26728 - 26733   2017年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Physical Chemistry Chemical Physics  

    Local cell-membrane permeability and ionic strength are important factors for maintaining the functions of cells. Here, we measured the spatial electrochemical and ion concentration profile near the sample surface with nanoscale resolution using scanning electrochemical microscopy (SECM) combined with scanning ion-conductance microscopy (SICM). The ion current feedback system is an effective way to control probe-sample distance without contact and monitor the kinetic effect of mediator regeneration and the chemical concentration profile. For demonstrating 3D electrochemical and ion concentration mapping, we evaluated the reaction rate of electrochemical mediator regeneration on an unbiased conductor and visualized inhomogeneous permeability and the ion concentration 3D profile on a single fixed adipocyte cell surface.

    DOI: 10.1039/c7cp05157c

    Web of Science

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    PubMed

  45. An approach to the research on ion and water properties in the interphase between the plasma membrane and bulk extracellular solution 査読有り

    Hibino H., Takai M., Noguchi H., Sawamura S., Takahashi Y., Sakai H., Shiku H.

    Journal of Physiological Sciences   67 巻 ( 4 ) 頁: 439 - 445   2017年7月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Journal of Physiological Sciences  

    In vivo, cells are immersed in an extracellular solution that contains a variety of bioactive substances including ions and water. Classical electrophysiological analyses of epithelial cells in the stomach and small intestine have revealed that within a distance of several hundred micrometers above their apical plasma membrane, lies an extracellular layer that shows ion concentration gradients undetectable in the bulk phase. This “unstirred layer”, which contains stagnant solutes, may also exist between the bulk extracellular solution and membranes of other cells in an organism and may show different properties. On the other hand, an earlier study using a bacterial planar membrane indicated that H+ released from a transporter migrates in the horizontal direction along the membrane surface much faster than it diffuses vertically toward the extracellular space. This result implies that between the membrane surface and unstirred layer, there is a “nanointerface” that has unique ionic dynamics. Advanced technologies have revealed that the nanointerface on artificial membranes possibly harbors a highly ordered assembly of water molecules. In general, hydrogen bonds are involved in formation of the ordered water structure and can mediate rapid transfer of H+ between neighboring molecules. This description may match the phenomenon on the bacterial membrane. A recent study has suggested that water molecules in the nanointerface regulate the gating of K+ channels. Here, the region comprising the unstirred layer and nanointerface is defined as the interphase between the plasma membrane and bulk extracellular solution (iMES). This article briefly describes the physicochemical properties of ions and water in the iMES and their physiological significance. We also describe the methodologies that are currently used or will be applicable to the interphase research.

    DOI: 10.1007/s12576-017-0530-3

    Web of Science

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  46. High Speed Scanning Ion Conductance Microscopy for Quantitative Analysis of Nanoscale Dynamics of Microvilli 査読有り

    Ida H., Takahashi Y., Kumatani A., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   89 巻 ( 11 ) 頁: 6016 - 6021   2017年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Observation of nanoscale structure dynamics on cell surfaces is essential to understanding cell functions. Hopping-mode scanning ion conductance microscopy (SICM) was used to visualize the topography of fragile convoluted nanoscale structures on cell surfaces under noninvasive conditions. However, conventional hopping mode SICM does not have sufficient temporal resolution to observe cell-surface dynamics in situ because of the additional time required for performing vertical probe movements of the nanopipette. Here, we introduce a new scanning algorithm for high speed SICM measurements using low capacitance and high-resonance-frequency piezo stages. As a result, a topographic image is taken within 18 s with a 64 × 64 pixel resolution at 10 × 10 μm. The high speed SICM is applied to the characterization of microvilli dynamics on surfaces, which shows clear structural changes after the epidermal growth factor stimulation.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.7b00584

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  47. Loosening of Lipid Packing Promotes Oligoarginine Entry into Cells 査読有り

    Murayama T., Masuda T., Afonin S., Kawano K., Takatani-Nakase T., Ida H., Takahashi Y., Fukuma T., Ulrich A.S., Futaki S.

    Angewandte Chemie - International Edition   56 巻 ( 26 ) 頁: 7644 - 7647   2017年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Angewandte Chemie - International Edition  

    Despite extensive use of arginine-rich cell-penetrating peptides (CPPs)—including octaarginine (R8)—as intracellular delivery vectors, mechanisms for their internalization are still under debate. Lipid packing in live cell membranes was characterized using a polarity-sensitive dye (di-4-ANEPPDHQ), and evaluated in terms of generalized polarization. Treatment with membrane curvature-inducing peptides led to significant loosening of the lipid packing, resulting in an enhanced R8 penetration. Pyrenebutyrate (PyB) is known to facilitate R8 membrane translocation by working as a hydrophobic counteranion. Interestingly, PyB also actively induced membrane curvature and perturbed lipid packing. R8 is known to directly cross cell membranes at elevated concentrations. The sites of R8 influx were found to have looser lipid packing than surrounding areas. Lipid packing loosening is proposed as a key factor that governs the membrane translocation of CPPs.

    DOI: 10.1002/anie.201703578

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  48. 超高解像度電気化学顕微鏡の創成と応用

    松岡 涼, 青柳 重夫, 松本 尚志, 松平 昌昭, 高橋 康史, 熊谷 明哉, 井田 大貴, 棟方 裕一, 飯田 克彦, 珠玖 仁, 金村 聖志, 末永 智一

    電気化学および工業物理化学   85 巻 ( 6 ) 頁: 319 - 326   2017年6月

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    記述言語:中国語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:電気化学会  

    We developed three modes of high resolution scanning probe microscope system based on electrochemical principles, scanning ion conductance microscopy (SICM), scanning electrochemical microscopy-scanning ion conductance microscopy (SECM-SICM), and scanning electrochemical cell microscopy (SECCM). Firstly, a developed SICM system was constructed with a nanopipette filled with electrolyte solution as a probe. High resolution topographic images of NanoCulture®Plate with hexagonal chambers with 2 μm-width banks, electrodeposited PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophane)) film, and fixed human squamous cell carcinoma were captured by the SICM. Second, SECM-SICM was performed with a double-barrel carbon nanoprobe. The one barrel of the nanoprobe was filled with carbon and used for SECM apparatus, the other barrel was filled with electrolyte for SICM configurations. Using the SECM-SICM system, simultaneous topographic and electrochemical images of micro-band electrodes with 10 μm-width line and space, and a cathode site of corrosion in the aluminum die gusto with submicron spatial resolution were obtained. Thirdly, the SECCM featuring a nanopipette probe filled with LiCl electrolyte was applied for obtaining topographies and images of current activity of a LiFePO4 electrode.

    DOI: 10.5796/electrochemistry.85.319

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  49. Continuous collection and simultaneous detection of picoliter volume of nucleic acid samples using a mille-feuille probe 査読有り

    Ito H., Tanaka M., Zhou Y., Nashimoto Y., Takahashi Y., Ino K., Matsue T., Shiku H.

    Analytical and Bioanalytical Chemistry   409 巻 ( 4 ) 頁: 961 - 969   2017年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical and Bioanalytical Chemistry  

    Investigation of the positional heterogeneity of messenger RNA (mRNA) expression in tissues requires a technology that facilitates analysis of mRNA expression in the selected single cells. We developed a mille-feuille probe (MP) that allows the lamination of the aqueous and organic phases in a nanopipette under voltage control. The MP was used for continuous collection of different nucleic acid samples and sequential evaluation of gene expression with mRNA barcoding tags. First, we found that the aqueous phases could be laminated into five individual layers and separated by the plugs of the organic phases in a nanopipette when the salt (THATPBCl) concentration in the organic phase was 100 mM. Second, the aspiration rate of the MP was stabilized and the velocity of the aqueous phase in the MP was lowered at higher THATPBCl concentrations in the organic phase. This was because the force during ingression of the aqueous phase into the organic - phase-filled nanopipette induced an electro-osmotic flow between the inside wall of the nanopipette and THATPBCl in the organic phase. Third, inclusion of mRNA barcoding tags in the MP facilitated complementary DNA construction and sequential analysis of gene expression. This technique has potential to be applicable to RNA sequencing from different cell samples across the life sciences. [Figure not available: see fulltext.]

    DOI: 10.1007/s00216-016-0006-y

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  50. Scanning Probe Microscopy for Nanoscale Electrochemical Imaging 査読有り

    Takahashi Y., Kumatani A., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   89 巻 ( 1 ) 頁: 342 - 357   2017年1月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    DOI: 10.1021/acs.analchem.6b04355

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  51. 走査型プローブ顕微鏡とイオン伝導計測技術の融合によるイオン伝導パスの可視化技術の創成

    高橋康史

    旭硝子財団助成成果報告書(Web)   2017 巻   頁: ROMBUNNO.11 (WEB ONLY)   2017年

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    記述言語:日本語  

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  52. 高解像度走査型電気化学顕微鏡の開発 査読有り

    高橋 康史

    化学と工業   69 巻 ( 9 ) 頁: 777 - 779   2016年9月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  53. Development of high-resolution scanning electrochemical microscopy for nanoscale topography and electrochemical simultaneous imaging 査読有り

    Takahashi Y.

    Electrochemistry   84 巻 ( 9 ) 頁: 662 - 666   2016年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Electrochemistry  

    This article reviews our recent progress in the development of high-resolution scanning electrochemical microscopy (SECM) and its application to biological samples. SECM uses an ultramicroelectrode (UME) as a probe and a scanning mechanical stage for controlling the probe position. To improve the resolution of SECM, we have developed a fabrication method for pyrolytic carbon nanoelectrodes and a current feedback system for probe-sample distance control. The current feedback system effectively provides high-quality electrochemical and noncontact topography images because the current signal depends on the probe-sample distance. High-resolution SECM has overcome the limit of microscale imaging resolution and enabled the imaging of local regions within cells. In this study, we address four topics: nanoelectrode fabrication, current feedback probe-sample distance control systems, membrane protein imaging, and neurotransmitter detection.

    DOI: 10.5796/electrochemistry.84.662

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  54. Evaluation of mRNA Localization Using Double Barrel Scanning Ion Conductance Microscopy 査読有り

    Nashimoto Y., Takahashi Y., Zhou Y., Ito H., Ida H., Ino K., Matsue T., Shiku H.

    ACS Nano   10 巻 ( 7 ) 頁: 6915 - 6922   2016年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACS Nano  

    Information regarding spatial mRNA localization in single cells is necessary for a better understanding of cellular functions in tissues. Here, we report a method for evaluating localization of mRNA in single cells using double-barrel scanning ion conductance microscopy (SICM). Two barrels in a nanopipette were filled with aqueous and organic electrolyte solutions and used for SICM and as an electrochemical syringe, respectively. We confirmed that the organic phase barrel could be used to collect cytosol from living cells, which is a minute but sufficient amount to assess cellular status using qPCR analysis. The water phase barrel could be used for SICM to image topography with subcellular resolution, which could be used to determine positions for analyzing mRNA expression. This system was able to evaluate mRNA localization in single cells. After puncturing the cellular membrane in a minimally invasive manner, using SICM imaging as a guide, we collected a small amount cytosol from different positions within a single cell and showed that mRNA expression depends on cellular position. In this study, we show that SICM imaging can be utilized for the analysis of mRNA localization in single cells. In addition, we fully automated the pipet movement in the XYZ-directions during the puncturing processes, making it applicable as a high-throughput system for collecting cytosol and analyzing mRNA localization.

    DOI: 10.1021/acsnano.6b02753

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  55. Liquid-junction-free system for substitutional stripping voltammetry using a closed bipolar electrode system 査読有り

    Takano S., Inoue K.Y., Ikegawa M., Takahashi Y., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Electrochemistry Communications   66 巻   頁: 34 - 37   2016年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Electrochemistry Communications  

    A liquid-junction-free electrochemical system has been developed for substitutional stripping voltammetry (SSV). SSV is a type of stripping analysis that changes the redox current to metal deposition. Generally, SSV requires a liquid junction to maintain electrical conductivity between separated cells. In this report, a closed bipolar electrode system (cBPES) was used to perform SSV without a liquid junction. In this system, electrical conductivity between separated cells was maintained using driving electrodes inserted into each cell. We demonstrated quantification of p-aminophenol (pAP) using a liquid-junction-free system for SSV. We investigated the effect of electrode area ratio on the BPE and the concentration ratio of redox species present in each cell. Then, we calibrated the pAP. A linear relationship between pAP concentration and SSV electrical charge was successfully obtained using our liquid-junction-free system, based on cBPES. This novel analytical system is a promising method for the fabrication of a compact SSV sensor for highly sensitive detections.

    DOI: 10.1016/j.elecom.2016.02.014

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  56. Redox cycling-based electrochemical reporter gene assay for single cells using a scanning electrochemical microscope-microwell system

    Ida H., Ino K., Suzuki J., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Electrochemistry   84 巻 ( 5 ) 頁: 308 - 311   2016年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Electrochemistry  

    Single-cell analyses are important for providing new insights into cellular biology. Here we report an electrochemical reporter gene assay for single cells using a scanning electrochemical microscope (SECM)-microwell system. Each microwell trapped a single cell that synthesized a reporter protein, secreted alkaline phosphatase (SEAP). The SEAP catalyzed the hydrolysis of p-aminophenyl phosphate to p-aminophenol (PAP). A disk electrode in the SECM was positioned above the microwell and monitored the oxidation currents of PAP derived from SEAP. In addition, ring electrodes were prepared on the microwell device to induce redox cycling between the ring and disk electrodes, thus amplifying the electrochemical signals from the reporter protein. The redox cycling-based electrochemical reporter gene assay is useful for single-cell analyses.

    DOI: 10.5796/electrochemistry.84.308

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  57. Spearhead Nanometric Field-Effect Transistor Sensors for Single-Cell Analysis 査読有り

    Zhang Y., Clausmeyer J., Babakinejad B., López Córdoba A., Ali T., Shevchuk A., Takahashi Y., Novak P., Edwards C., Lab M., Gopal S., Chiappini C., Anand U., Magnani L., Coombes R.C., Gorelik J., Matsue T., Schuhmann W., Klenerman D., Sviderskaya E.V., Korchev Y.

    ACS Nano   10 巻 ( 3 ) 頁: 3214 - 3221   2016年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACS Nano  

    Nanometric field-effect-transistor (FET) sensors are made on the tip of spear-shaped dual carbon nanoelectrodes derived from carbon deposition inside double-barrel nanopipettes. The easy fabrication route allows deposition of semiconductors or conducting polymers to comprise the transistor channel. A channel from electrodeposited poly pyrrole (PPy) exhibits high sensitivity toward pH changes. This property is exploited by immobilizing hexokinase on PPy nano-FETs to give rise to a selective ATP biosensor. Extracellular pH and ATP gradients are key biochemical constituents in the microenvironment of living cells; we monitor their real-time changes in relation to cancer cells and cardiomyocytes. The highly localized detection is possible because of the high aspect ratio and the spear-like design of the nano-FET probes. The accurately positioned nano-FET sensors can detect concentration gradients in three-dimensional space, identify biochemical properties of a single living cell, and after cell membrane penetration perform intracellular measurements.

    DOI: 10.1021/acsnano.5b05211

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  58. Localized Gene Expression Analysis during Sprouting Angiogenesis in Mouse Embryoid Bodies Using a Double Barrel Carbon Probe 査読有り

    Ito H., Nashimoto Y., Zhou Y., Takahashi Y., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   88 巻 ( 1 ) 頁: 610 - 613   2016年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    The mouse embryonic stem (ES) cell-derived angiogenesis model is widely used as a 3D model, reproducing cell-cell interactions in the living body. Previously, many methods to analyze localized cellular function, including in situ hybridization and laser capture microdissection, have been reported. In this study, we achieved a collection of localized cells from the angiogenesis model in hydrogel. The gene expression profiles of the endothelial cells derived from mouse ES cells were evaluated. First, we collected localized cells from the live tissue model embedded in hydrogel using the double barrel carbon probe (DBCP) and quantified mRNA expression. Second, we found that vascular marker genes were expressed at a much higher level in sprouting vessels than in the central core of the embryoid body because the cells in sprouting vessels might significantly differentiate into endothelial linages, including tip/stalk cells. Third, the gene expression levels tended to be different between the top and middle regions in the sprouting vessel due to the difference in the degree of differentiation in these regions. At the top region of the vessel, both the tip and stalk cells were present. The cells in the middle region became more mature. Collectively, these results show that DBCP is very useful for analyzing localized gene expression in cells collected from 3D live tissues embedded in hydrogel. This technique can be applied to comprehensive gene expression analyses in the medical field.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.5b04338

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  59. ナノスケールの形状・化学物質濃度プロファイルを可視化するナノ電気化学顕微鏡の創生

    高橋 康史

    生物物理   56 巻 ( 3 ) 頁: 179 - 180   2016年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本生物物理学会 = The Biophysical Society on Japan  

    DOI: 10.2142/biophys.56.179

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  60. ナノ電気化学セル顕微鏡を用いた電極表面の局所電気化学測定

    熊谷 明哉, 高橋 康史, 三浦 千穂, 渡邊 徹弥, 猪又 宏貴, 棟方 裕一, 珠玖 仁, 金村 聖志, 末永 智一

    表面科学   37 巻 ( 10 ) 頁: 494 - 498   2016年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:公益社団法人 日本表面科学会  

    &lt;p&gt;Scanning electrochemical cell microscopy with a single barrel nanopipette (nanoSECCM), which is one of scanning electrochemical microscope (SECM) families, is a powerful tool for analyzing electrochemical activities (e.g. redox reaction and lithium-ion (de) intercalation processes) at localized area. A glass nano-pipette is used as a probe of nanoSECCM filled with electrolyte and a reference electrode. As the pipette is in proximity of sample surface, a meniscus is created. Through the meniscus, electrochemical activities can be obtained at localized area on the sample. Further, as the pipette scans the sample surface, electrochemical activities can be also visualized. Our experiments demonstrate that nanoSECCM is applicable to investigation of current response related to lithium-ion transport, redox cycling on various types of electrodes.&lt;/p&gt;

    DOI: 10.1380/jsssj.37.494

    CiNii Research

  61. Electrochemical Imaging of Dopamine Release from Three-Dimensional-Cultured PC12 Cells Using Large-Scale Integration-Based Amperometric Sensors 査読有り

    Abe H., Ino K., Li C.Z., Kanno Y., Inoue K.Y., Suda A., Kunikata R., Matsudaira M., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   87 巻 ( 12 ) 頁: 6364 - 6370   2015年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    In the present study, we used a large-scale integration (LSI)-based amperometric sensor array system, designated Bio-LSI, to image dopamine release from three-dimensional (3D)-cultured PC12 cells (PC12 spheroids). The Bio-LSI device consists of 400 sensor electrodes with a pitch of 250 μm for rapid electrochemical imaging of large areas. PC12 spheroids were stimulated with K<sup>+</sup> to release dopamine. Poststimulation dopamine release from the PC12 spheroids was electrochemically imaged using the Bio-LSI device. Bio-LSI clearly showed the effects of the dopaminergic drugs l-3,4-dihydroxyphenylalanine (l-DOPA) and reserpine on K<sup>+</sup>-stimulated dopamine release from PC12 spheroids. Our results demonstrate that dopamine release from PC12 spheroids can be monitored using the device, suggesting that the Bio-LSI is a promising tool for use in evaluating 3D-cultured dopaminergic cells and the effects of dopaminergic drugs. To the best of our knowledge, this report is the first to describe electrochemical imaging of dopamine release by PC12 spheroids using LSI-based amperometric sensors.

    DOI: 10.1021/acs.analchem.5b01307

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  62. エネルギーデバイスの最前線 電気化学セル顕微鏡を用いた電池材料表面における充放電特性のナノスケール画像化技術 査読有り

    高橋康史, 熊谷明哉, 猪又宏貴, 珠玖仁, 末永智一

    エネルギーデバイス   2 巻 ( 4 ) 頁: 66 - 69   2015年4月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  63. Improving the Electrochemical Imaging Sensitivity of Scanning Electrochemical Microscopy-Scanning Ion Conductance Microscopy by Using Electrochemical Pt Deposition 査読有り

    Şen M., Takahashi Y., Matsumae Y., Horiguchi Y., Kumatani A., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   87 巻 ( 6 ) 頁: 3484 - 3489   2015年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    We fabricated a platinum-based double barrel probe for scanning electrochemical microscopy-scanning ion conductance microscopy (SECM-SICM) by electrodepositing platinum onto the carbon nanoelectrode of the double barrel probe. The deposition conditions were optimized to attain highly sensitive electrochemical measurements and imaging. Simultaneous SECM-SICM imaging of electrochemical features and noncontact topography by using the optimized probe afforded high-resolution images of epidermal growth factor receptors (EGFR) on the membrane surface of the A431 cells. (Figure Presented).

    DOI: 10.1021/acs.analchem.5b00027

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  64. Nanoscale imaging of an unlabeled secretory protein in living cells using scanning ion conductance microscopy 査読有り

    Nashimoto Y., Takahashi Y., Ida H., Matsumae Y., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   87 巻 ( 5 ) 頁: 2542 - 2545   2015年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Scanning ion conductance microscopy (SICM) was applied to evaluate an unlabeled secretory protein in living cells. The target protein, von Willebrand factor (vWF), was released from human endothelial cells by adding phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA). We confirmed that SICM could be used to clearly visualize the complex network of vWF and to detect strings with widths as low as 60 nm without any artifact. By acquiring the sequential SICM images of living cells, the protrusion and strings formation were observed. We also detected the opening and closing motions of a small pore (∼500 nm), which is difficult to visualize with fluorescence methods. The results clearly demonstrate that SICM is a powerful tool to examine the changes in living cells during exocytosis.

    DOI: 10.1021/ac5046388

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  65. Scanning electrochemical microscopy for imaging single cells and biomolecules 査読有り

    Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Nanobiosensors and Nanobioanalyses     頁: 335 - 352   2015年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:論文集(書籍)内論文   出版者・発行元:Nanobiosensors and Nanobioanalyses  

    This article presents an overview of the recent progress in scanning electrochemical microscopy (SECM) for imaging single cells and biomolecules. SECM is a technique for characterizing the local electrochemical nature of various materials by scanning a probe microelectrode. The probe current reflects the electrochemical processes occurring in the small space surrounded by the probe and the substrate. The spatial resolution of SECM is inferior to conventional scanning probe microscopes such as scanning tunneling microscopy (STM) and atomic force microscopy (AFM), since the fabrication of the probe microelectrodes with nanometer sizes is quite difficult. However, recent progress in the fabrication of nanometer-scale electrodes and the development of electrode-sample distance control systems has greatly enhanced the capacity of SECM systems to solve problems in cell biology. The topics reviewed include the following: enzyme activity evaluation, electrochemical enzyme-linked immunosorbent assays, membrane permeability evaluation, respiratory activity measurements, reporter gene assays, membrane protein imaging, and neurotransmitter detection.

    DOI: 10.1007/978-4-431-55190-4_16

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  66. Lsi-based amperometric device for electrochemical imaging of drug effect on dopamine release from three-dimensional cultured pc12 cells

    Abe H., Ino K., Li C., Kanno Y., Inoue K., Suda A., Kunikata R., Matsudaira M., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    MicroTAS 2015 - 19th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences     頁: 1598 - 1600   2015年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:MicroTAS 2015 - 19th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences  

    We report a large-scale integration (LSI) based amperometric chip device containing 400 sensors with a pitch of 250 μm and its applications for biological analysis of dopamine release from three-dimensional (3D) cultured cells using rat pheochromocytoma (PC12) cells as a neural cell model. The 3D cultured PC12 cells (PC12 spheroids) were stimulated with a high K+ solution to induce dopamine release. We showed clearly drug effects of dopaminergic drugs L-3,4-dihydroxyphenylalanine, (L-DOPA) and reserpine on dopamine release from PC12 spheroids. Our results indicate that the device is a useful tool for evaluating the effects of dopaminergic drugs.

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  67. 生細胞表面のナノスケールの形状観察を実現する走査型イオンコンダクタンス顕微鏡の開発 査読有り

    井田大貴, 高橋康史, 高橋康史, 高橋康史, 珠玖仁, 末永智一, 末永智一

    表面科学   36 巻 ( 6 ) 頁: 313-318 (J-STAGE)   2015年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1380/jsssj.36.313

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  68. Nanoscale visualization of redox activity at lithium-ion battery cathodes 査読有り

    Takahashi Y., Kumatani A., Munakata H., Inomata H., Ito K., Ino K., Shiku H., Unwin P.R., Korchev Y.E., Kanamura K., Matsue T.

    Nature Communications   5 巻   頁: 5450   2014年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Communications  

    Intercalation and deintercalation of lithium ions at electrode surfaces are central to the operation of lithium-ion batteries. Yet, on the most important composite cathode surfaces, this is a rather complex process involving spatially heterogeneous reactions that have proved difficult to resolve with existing techniques. Here we report a scanning electrochemical cell microscope based approach to define a mobile electrochemical cell that is used to quantitatively visualize electrochemical phenomena at the battery cathode material LiFePO 4, with resolution of ∼100 €‰nm. The technique measures electrode topography and different electrochemical properties simultaneously, and the information can be combined with complementary microscopic techniques to reveal new perspectives on structure and activity. These electrodes exhibit highly spatially heterogeneous electrochemistry at the nanoscale, both within secondary particles and at individual primary nanoparticles, which is highly dependent on the local structure and composition.

    DOI: 10.1038/ncomms6450

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  69. Electrochemical monitoring of intracellular enzyme activity of single living mammalian cells by using a double-mediator system 査読有り

    Matsumae Y., Takahashi Y., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Analytica Chimica Acta   842 巻   頁: 20 - 26   2014年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytica Chimica Acta  

    We evaluated the intracellular NAD(P)H:quinone oxidoreductase (NQO) activity of single HeLa cells by using the menadione-ferrocyanide double-mediator system combined with scanning electrochemical microscopy (SECM). The double-mediator system was used to amplify the current response from the intracellular NQO activity and to reduce menadione-induced cell damage. The electron shuttle between the electrode and menadione was mediated by the ferrocyanide/ferricyanide redox couple. Generation of ferrocyanide was observed immediately after the addition of a lower concentration (10. μM) of menadione. The ferrocyanide generation rate was constant for 120. min. At a higher menadione concentration (100. μM), the ferrocyanide generation rate decreased within 30. min because of the cytotoxic effect of menadione. We also investigated the relationship between intracellular reactive oxygen species or glutathione levels and exposure to different menadione concentrations to determine the optimal condition for SECM with minimal invasiveness. The present study clearly demonstrates that SECM is useful for the analysis of intracellular enzymatic activities in single cells with a double-mediator system. © 2014 Elsevier B.V.

    DOI: 10.1016/j.aca.2014.06.047

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  70. Erratum: Multifunctional nanoprobes for nanoscale chemical imaging and localized chemical delivery at surfaces and interfaces (Angewandte Chemie - International Edition (2011) (50) DOI: 10.1002/anie.201102796)

    Takahashi Y., Shevchuk A.I., Novak P., Zhang Y., Ebejer N., Macpherson J.V., Unwin P.R., Pollard A.J., Roy D., Clifford C.A., Shiku H., Matsue T., Klenerman D., Korchev Y.E.

    Angewandte Chemie - International Edition   53 巻 ( 28 )   2014年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:Angewandte Chemie - International Edition  

    DOI: 10.1002/anie.201404979

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  71. Nanoscale cell surface topography imaging using scanning ion conductance microscopy 査読有り

    Takahashi Y., Ito K., Wang X., Matsumae Y., Komaki H., Kumatani A., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Electrochemistry   82 巻 ( 5 ) 頁: 331 - 334   2014年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Electrochemistry  

    Nanoscale cell surface topography was visualized using a scanning ion conductance microscope (SICM), where a nanopipette was used as the scanning probe to detect ionic current as feedback signal. SICM was an effective tool for noncontact topographical imaging of live cells, because measurements were performed under physiological conditions. This breakthrough technique opens up a wealth of possible new experiments in membrane and cell biology. © The Electrochemical Society of Japan, All rights reserved.

    DOI: 10.5796/electrochemistry.82.331

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  72. Densified electrochemical sensors based on local redox cycling between vertically separated electrodes in substrate generation/chip collection and extended feedback modes 査読有り

    Ino K., Kanno Y., Nishijo T., Komaki H., Yamada Y., Yoshida S., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   86 巻 ( 8 ) 頁: 4016 - 4023   2014年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    A new local redox cycling-based electrochemical (LRC-EC) device integrated with many electrochemical sensors has been developed into a small chip device. The LRC-EC chip device was successfully applied for detection of alkaline phosphatase and horseradish peroxidase activity in substrate generation/chip collection (SG/CC) and extended feedback modes, respectively. The new imaging approach with extended feedback mode was particularly effective for sharpening of the image, because this mode uses feedback signals and minimizes the undesired influence of diffusion. The LRC-EC chip device is considered to be a useful tool for bioanalysis. © 2014 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ac500435d

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  73. SU-8-based flexible amperometric device with IDA electrodes to regenerate redox species in small spaces 査読有り

    Kanno Y., Goto T., Ino K., Inoue K.Y., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Sciences   30 巻 ( 2 ) 頁: 305 - 309   2014年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Sciences  

    A flexible sensor based on SU-8 photoresist was fabricated and its electrochemical performance was investigated using cyclic voltammetry. The device consisted of interdigitated array (IDA) electrodes on an SU-8 layer. It exhibited a clear electrochemical response during redox cycling of ferrocenemethanol at the IDA electrodes. Since the device was flexible, it could be inserted into a narrow bent space to monitor electrochemical responses. The observed electrochemical behavior was found to be consistent with that predicted by simulations based on redox compound diffusion. © 2014 The Japan Society For Analytical Chemistry.

    DOI: 10.2116/analsci.30.305

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  74. Isolation and quantification of messenger RNA from tissue models by using a double-barrel carbon probe 査読有り

    Nashimoto Y., Takahashi Y., Takano R., Miyashita K., Yamada S., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Analytical and Bioanalytical Chemistry   406 巻 ( 1 ) 頁: 275 - 282   2014年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical and Bioanalytical Chemistry  

    In this study, we introduce the double-barrel carbon probe (DBCP)-a simple, affordable microring electrode-which enables the collection and analysis of single cells independent of cellular positioning. The target cells were punctured by utilizing an electric pulse between the two electrodes in DBCP, and the cellular lysates were collected by manual aspiration using the DBCP. The mRNA in the collected lysate was evaluated quantitatively using real-time PCR. The histograms of single-cell relative gene expression normalized to GAPDH were fit to a theoretical lognormal distribution. In the tissue culture model, we focused on angiogenesis to prove that multiple gene expression analysis was available. Finally, we applied DBCP for the embryonic stem (ES) cell-derived cardiomyocytes to substantiate the capability of the probe to collect cells, even from highvolume samples such as spheroids. Thismethod achieves high sensitivity for mRNA at the single-cell level and is applicable in the analysis of various biological samples independent of cellular positioning. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013.

    DOI: 10.1007/s00216-013-7430-z

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  75. Electrochemical nanoprobes for single-cell analysis 査読有り

    Actis P., Tokar S., Clausmeyer J., Babakinejad B., Mikhaleva S., Cornut R., Takahashi Y., López Córdoba A., Novak P., Shevchuck A.I., Dougan J.A., Kazarian S.G., Gorelkin P.V., Erofeev A.S., Yaminsky I.V., Unwin P.R., Schuhmann W., Klenerman D., Rusakov D.A., Sviderskaya E.V., Korchev Y.E.

    ACS Nano   8 巻 ( 1 ) 頁: 875 - 884   2014年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACS Nano  

    The measurement of key molecules in individual cells with minimal disruption to the biological milieu is the next frontier in single-cell analyses. Nanoscale devices are ideal analytical tools because of their small size and their potential for high spatial and temporal resolution recordings. Here, we report the fabrication of disk-shaped carbon nanoelectrodes whose radius can be precisely tuned within the range 5-200 nm. The functionalization of the nanoelectrode with platinum allowed the monitoring of oxygen consumption outside and inside a brain slice. Furthermore, we show that nanoelectrodes of this type can be used to impale individual cells to perform electrochemical measurements within the cell with minimal disruption to cell function. These nanoelectrodes can be fabricated combined with scanning ion conductance microscopy probes, which should allow high resolution electrochemical mapping of species on or in living cells. © 2013 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/nn405612q

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  76. 1P292 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡の単一細胞ナノバイオプシーへの応用と細胞内mRNA局在性の評価(26. 計測,ポスター,第52回日本生物物理学会年会(2014年度))

    Nashimoto Yuji, Takahashi Yasufumi, Ino Kosuke, Inoue Y Kumi, Shiku Hitoshi, Matsue Tomokazu

    生物物理   54 巻 ( 1 ) 頁: S189   2014年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.54.S189_4

  77. 2P303 Development of Nano Electrochemical Mircoscope for living cell imaging(27. Bioimaging,Poster,The 52nd Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan(BSJ2014))

    Takahashi Yasufumi, Mustafa Sen, Matsumae Yoshiharu, Ino Kosuke, Shiku Hitoshi, Matsue Tomokazu

    生物物理   54 巻 ( 1 ) 頁: S245   2014年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.54.S245_3

  78. Nanoscale visualisation of redox activity and Li+ (de)intercalation dynamics at LiFePO4 battery cathodes 査読有り

    Yasufumi Takahashi, Akichika Kumatani, Hirokazu Munakata, Hirotaka Inomata, Komachi Ito, Kosuke Ino, Hitoshi Shiku, Patrick R. Unwin, Yuri E. Korchev, Kiyoshi Kanamura, Tomokazu Matsue

    Nature Commun   ( 5 ) 頁: 6450 - 6450   2014年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  79. Droplet array on local redox cycling-based electrochemical (LRC-EC) chip device 査読有り

    Ino K., Goto T., Kanno Y., Inoue K., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Lab on a Chip   14 巻 ( 4 ) 頁: 787 - 794   2014年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Lab on a Chip  

    We have previously reported a local redox cycling-based electrochemical (LRC-EC) system for the incorporation of many electrochemical sensors into a small chip device. In the present study, a new type of LRC-EC chip device was fabricated for the detection of a droplet array. To detect electrochemically redox compounds in droplets, Pt pseudo-reference/counter electrodes were incorporated into the individual sensors of the LRC-EC chip device. Cyclic voltammetry for the LRC-EC chip device with internal Pt pseudo-reference electrodes indicated well-defined voltammograms based on redox cycling for the individual sensor points. The device was successfully applied to the addressable detection of alkaline phosphatase (ALP) activity of HeLa cells in single droplets on the sensor points. Therefore, the LRC-EC chip device is considered to be a useful device for the bioanalysis of droplet systems. © 2014 The Royal Society of Chemistry.

    DOI: 10.1039/c3lc51156a

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  80. Local delivery of molecules from a nanopipette for quantitative receptor mapping on live cells 査読有り

    Babakinejad B., Jönsson P., López Córdoba A., Actis P., Novak P., Takahashi Y., Shevchuk A., Anand U., Anand P., Drews A., Ferrer-Montiel A., Klenerman D., Korchev Y.E.

    Analytical Chemistry   85 巻 ( 19 ) 頁: 9333 - 9342   2013年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Using nanopipettes to locally deliver molecules to the surface of living cells could potentially open up studies of biological processes down to the level of single molecules. However, in order to achieve precise and quantitative local delivery it is essential to be able to determine the amount and distribution of the molecules being delivered. In this work, we investigate how the size of the nanopipette, the magnitude of the applied pressure or voltage, which drives the delivery, and the distance to the underlying surface influences the number and spatial distribution of the delivered molecules. Analytical expressions describing the delivery are derived and compared with the results from finite element simulations and experiments on delivery from a 100 nm nanopipette in bulk solution and to the surface of sensory neurons. We then developed a setup for rapid and quantitative delivery to multiple subcellular areas, delivering the molecule capsaicin to stimulate opening of Transient Receptor Potential Vanilloid subfamily member 1 (TRPV1) channels, membrane receptors involved in pain sensation. Overall, precise and quantitative delivery of molecules from nanopipettes has been demonstrated, opening up many applications in biology such as locally stimulating and mapping receptors on the surface of live cells. © 2013 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ac4021769

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  81. Electrochemical device with interdigitated ring array electrodes for investigating the relationship between cardiomyocyte differentiation from embryonic stem cells and alkaline phosphatase activity 査読有り

    Ino K., Nishijo T., Kanno Y., Ozawa F., Arai T., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Electrochemistry   81 巻 ( 9 ) 頁: 682 - 687   2013年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Electrochemistry  

    A local redox cycling-based electrochemical (LRC-EC) chip device was used to investigate the relationship between cardiomyocyte differentiation from embryonic stem (ES) cells and alkaline phosphatase (ALP) activity. In the LRC-EC chip device, ring-type interdigitated array electrodes were incorporated at n × n measurement points with only 2n bonding pads for external connection. Microwells were also fabricated at each measurement point to trap cell aggregates. To differentiate ES cells into cardiomyocytes, ES cells were three-dimensionally cultured to form simple and cystic embryoid bodies (EBs). ALP activity of these EBs was then detected using the LRC-EC chip device. The electrochemical responses for ALP activity decreased concurrently with the differentiation of ES cells into cardiomyocytes, indicating that an LRC-EC chip device is useful for evaluating cell differentiation. © 2013 The Electrochemical Society of Japan, All rights reserved.

    DOI: 10.5796/electrochemistry.81.682

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  82. Fabrication, characterization, and functionalization of dual carbon electrodes as probes for scanning electrochemical microscopy (SECM) 査読有り

    McKelvey K., Nadappuram B.P., Actis P., Takahashi Y., Korchev Y.E., Matsue T., Robinson C., Unwin P.R.

    Analytical Chemistry   85 巻 ( 15 ) 頁: 7519 - 7526   2013年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Dual carbon electrodes (DCEs) are quickly, easily, and cheaply fabricated by depositing pyrolytic carbon into a quartz theta nanopipet. The size of DCEs can be controlled by adjusting the pulling parameters used to make the nanopipet. When operated in generation/collection (G/C) mode, the small separation between the electrodes leads to reasonable collection efficiencies of ca. 30%. A three-dimensional finite element method (FEM) simulation is developed to predict the current response of these electrodes as a means of estimating the probe geometry. Voltammetric measurements at individual electrodes combined with generation/collection measurements provide a reasonable guide to the electrode size. DCEs are employed in a scanning electrochemical microscopy (SECM) configuration, and their use for both approach curves and imaging is considered. G/C approach curve measurements are shown to be particularly sensitive to the nature of the substrate, with insulating surfaces leading to enhanced collection efficiencies, whereas conducting surfaces lead to a decrease of collection efficiency. As a proof-of-concept, DCEs are further used to locally generate an artificial electron acceptor and to follow the flux of this species and its reduced form during photosynthesis at isolated thylakoid membranes. In addition, 2-dimensional images of a single thylakoid membrane are reported and analyzed to demonstrate the high sensitivity of G/C measurements to localized surface processes. It is finally shown that individual nanometer-size electrodes can be functionalized through the selective deposition of platinum on one of the two electrodes in a DCE while leaving the other one unmodified. This provides an indication of the future versatility of this type of probe for nanoscale measurements and imaging. © 2013 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ac401476z

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  83. Carbon-Ag/AgCl probes for detection of cell activity in droplets 査読有り

    Ino K., Ono K., Arai T., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   85 巻 ( 8 ) 頁: 3832 - 3835   2013年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    In this study, we fabricated a probe consisting of a carbon nanoelectrode and an Ag/AgCl reference electrode for detecting the activity of cells in single droplets. HeLa cells were confined into a single droplet, and the alkaline phosphatase (ALP) activity of the cells was electrochemically measured using the probe inserted into the droplet. The ALP of the confined cells catalyzed the hydrolysis of p-aminophenyl phosphate (PAPP) to yield p-aminophenol (PAP) that gave electrochemical responses. Since the tip of the carbon-Ag/AgCl probe is very small, it is useful for electrochemical analysis of cells using droplets. © 2013 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ac303569t

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  84. Electrodeposition of alginate gels for construction of vascular-like structures 査読有り

    Ozawa F., Ino K., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Journal of Bioscience and Bioengineering   115 巻 ( 4 ) 頁: 459 - 461   2013年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Bioscience and Bioengineering  

    In this study, tubular hydrogel structures were constructed via electrodeposition using alginate gels. Electrolysis of water in alginate solutions with calcium carbonate particles induced gel aggregation around Pt wire electrodes, forming tubular alginate gel structures. The simple method is a promising approach for construction of multi-layer tubular hydrogel structures for tissue engineering. © 2012 The Society for Biotechnology, Japan.

    DOI: 10.1016/j.jbiosc.2012.10.014

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  85. Alginate gel microwell arrays using electrodeposition for three-dimensional cell culture 査読有り

    Ozawa F., Ino K., Arai T., Ramón-Azcón J., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Lab on a Chip   13 巻 ( 15 ) 頁: 3128 - 3135   2013年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Lab on a Chip  

    In this study, we developed a novel method for fabricating microwell arrays constructed from alginate gels, and the alginate gel microwells were used for three-dimensional (3D) cell culture. The alginate gel microwells were fabricated on a patterned ITO electrode using alginate gel electrodeposition. Embryonic stem (ES) cells or hepatocellular carcinoma cells (HepG2) were cultured in the alginate gel microwells containing 3T3 cells. During the culture, embryoid bodies (EBs) or HepG2 spheroids were successfully fabricated in the alginate gel microwells. The oxygen consumption of the EBs indicated that they were successfully cultured. Liver-specific gene expressions of the HepG2 spheroids apparently increased by performing 3D co-culture in the microwell arrays with 3T3 cells. These results show that the alginate gel microwells are a useful 3D culture system. © 2013 The Royal Society of Chemistry.

    DOI: 10.1039/c3lc50455g

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  86. 1P298 走査型電気化学-イオンコンダクタンス顕微鏡を用いた神経伝達物質の放出サイトのマッピング(27. バイオイメージング,ポスター,日本生物物理学会年会第51回(2013年度))

    Takahashi Yasufumi, Wang Xiongwe, Ino Kosuke, Shiku Hitoshi, Matsue Tomoakazu

    生物物理   53 巻 ( 1 ) 頁: S155   2013年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.53.S155_3

  87. 1P265 ダブルバレルカーボンプローブを用いた組織モデルからのmRNA回収と定量評価(21A. ゲノム生物学:ゲノム解析,ポスター,日本生物物理学会年会第51回(2013年度))

    Nashimoto Yuji, Takahashi Yasufumi, Takano Ryosuke, Miyashita Kosuke, Yamada Shukuyo, Ino Kosuke, Shiku Hitoshi, Matsue Tomokazu

    生物物理   53 巻 ( 1 ) 頁: S149   2013年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:一般社団法人 日本生物物理学会  

    DOI: 10.2142/biophys.53.S149_6

  88. Evaluation of the differentiation status of single embryonic stem cells using scanning electrochemical microscopy 査読有り

    Matsumae Y., Arai T., Takahashi Y., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Chemical Communications   49 巻 ( 58 ) 頁: 6498 - 6500   2013年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Chemical Communications  

    The differentiation status of single live embryonic stem (ES) cells was quantitatively evaluated by monitoring the activity of alkaline phosphatase (ALP), an undifferentiation marker of ES cells, using scanning electrochemical microscopy (SECM). © 2013 The Royal Society of Chemistry.

    DOI: 10.1039/c3cc43126f

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  89. Bio Sensing and Imaging by Using Mirco/Nano Electrode System

    高橋康史, 珠玖仁, 末永智一

    表面科学   34 巻 ( 9 ) 頁: 488-493 (J-STAGE)   2013年

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    記述言語:英語  

    DOI: 10.1380/jsssj.34.488

    J-GLOBAL

  90. Development of a novel combined scanning electrochemical microscope (SECM) and scanning ion-conductance microscope (SICM) probe for soft sample imaging

    Pollard A.J., Faruqui N., Shaw M., Clifford C.A., Takahashi Y., Korchev Y.E., Ebejer N., Macpherson J.V., Unwin P.R., Roy D.

    Materials Research Society Symposium Proceedings   1422 巻   頁: 13 - 18   2012年12月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:Materials Research Society Symposium Proceedings  

    By incorporating a localized heating system within a scanning ion-conductance microscopy (SICM) system, we have performed stable 'hopping-mode' (HPICM) imaging for live cells maintained at temperatures ranging up to human body temperature. This allows the accurate study of cell volume and morphology variation versus temperature over extended periods of time. The integration of SICM with scanning electrochemical microscopy (SECM) provides the simultaneous mapping of electrochemical and topographic information for soft samples, such as live cells. This combined technique overcomes the limitations of resolution and topographical artifacts typically associated with SECM. However, previously reported SECM-SICM probe production required expensive and time-consuming focused ion beam (FIB) methods and produced pipettes that are typically hundreds of nanometers in diameter. We report a simple and rapid production method for SECM-SICM double-barrel probes with apertures down to 20 nm in diameter. The characterization of these SECM-SICM probes using scanning electron microscopy (SEM) imaging, cyclic voltammetry (CV) and Raman spectroscopy is also detailed. These SECM-SICM probes were subsequently used to study the morphology and electrochemical activity of several samples, ranging from hard metallic/insulating samples to live cells. © 2012 Materials Research Society.

    DOI: 10.1557/opl.2012.489

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  91. Novel electrochemical methodology for activity estimation of alkaline phosphatase based on solubility difference 査読有り

    Ino K., Kanno Y., Arai T., Inoue K.Y., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   84 巻 ( 18 ) 頁: 7593 - 7598   2012年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    We propose a novel electrochemical detection system for alkaline phosphatase (ALP) activity using the difference in water and oil solubilities between the substrate, ferrocene ethyl phosphate ester (FcEtOPO32-), and the enzymatic product, ferroceneethanol (FcEtOH). In this system, water droplets containing ALP and FcEtOPO32- were placed on a Pt disk microelectrode and surrounded by a mineral oil. By the ALP-catalyzed reaction, FcEtOPO32- was converted to FcEtOH, which was then transferred to the mineral oil from the water droplets with FcEtOPO32- remaining in the water droplets. After partitioning FcEtOH from the water droplets, FcEtOPO32- was detected at the Pt disk microelectrode to estimate the ALP activity. Using this novel system, the ALP activity of embryoid bodies was successfully detected. We believe that the present system will be widely applicable to ALP-based bioassays. © 2012 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ac301429n

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  92. Topographical and electrochemical nanoscale imaging of living cells using voltage-switching mode scanning electrochemical microscopy 査読有り

    Takahashi Y., Shevchuk A.I., Novak P., Babakinejad B., Macpherson J., Unwin P.R., Shiku H., Gorelik J., Klenerman D., Korchev Y.E., Matsue T.

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   109 巻 ( 29 ) 頁: 11540 - 11545   2012年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  

    We describe voltage-switching mode scanning electrochemical microscopy (VSM-SECM), in which a single SECM tip electrode was used to acquire high-quality topographical and electrochemical images of living cells simultaneously. This was achieved by switching the applied voltage so as to change the faradaic current from a hindered diffusion feedback signal (for distance control and topographical imaging) to the electrochemical flux measurement of interest. This imaging method is robust, and a single nanoscale SECM electrode, which is simple to produce, is used for both topography and activity measurements. In order to minimize the delay at voltage switching, we used pyrolytic carbon nanoelectrodes with 6.5-100 nm radii that rapidly reached a steady-state current, typically in less than 20 ms for the largest electrodes and faster for smaller electrodes. In addition, these carbon nanoelectrodes are suitable for convoluted cell topography imaging because the RG value (ratio of overall probe diameter to active electrode diameter) is typically in the range of 1.5-3.0. We first evaluated the resolution of constant-current mode topography imaging using carbon nanoelectrodes. Next, we performed VSM-SECM measurements to visualize membrane proteins on A431 cells and to detect neurotransmitters from a PC12 cells. We also combined VSM-SECM with surface confocal microscopy to allow simultaneous fluorescence and topographical imaging. VSM-SECM opens up new opportunities in nanoscale chemical mapping at interfaces, and should find wide application in the physical and biological sciences.

    DOI: 10.1073/pnas.1203570109

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  93. 使える解析テクニック!具体例で説明する電気化学測定法 マイクロ電極(3)応用計測事例:電気化学顕微鏡(SECM)‐走査型イオンコンダクタンス顕微鏡(SICM)複合システムの開発

    高橋康史, 珠玖仁, 末永智一

    電気化学および工業物理化学   80 巻 ( 4 ) 頁: 271 - 275   2012年4月

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    記述言語:日本語  

    DOI: 10.5796/electrochemistry.80.271

    J-GLOBAL

  94. Local redox-cycling-based electrochemical chip device with deep microwells for evaluation of embryoid bodies 査読有り

    Ino K., Nishijo T., Arai T., Kanno Y., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Angewandte Chemie - International Edition   51 巻 ( 27 ) 頁: 6648 - 6652   2012年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Angewandte Chemie - International Edition  

    Monitoring cellular activity: A local redox-cycling-based electrochemical chip device (see picture) has been used to entrap three-dimensional culture cells and evaluate their activity. Deep microwells were incorporated into the chip device for the trapping of embryoid bodies. This chip device is useful for the evaluation of 3D organ tissues. Copyright © 2012 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

    DOI: 10.1002/anie.201201602

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  95. Electrochemical detection for dynamic analyses of a redox component in droplets using a local redox cycling-based electrochemical (LRC-EC) chip device 査読有り

    Ino K., Kanno Y., Nishijo T., Goto T., Arai T., Takahashi Y., Shiku H., Matsue T.

    Chemical Communications   48 巻 ( 68 ) 頁: 8505 - 8507   2012年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Chemical Communications  

    This report describes the electrochemical detection of a redox component in droplets using a local redox cycling-based electrochemical (LRC-EC) chip device consisting of 256 sensors. The time-course analyses showed that the redox compound in the droplet was dynamically changed during droplet evaporation or mass transfer through a water/oil interface. © The Royal Society of Chemistry 2012.

    DOI: 10.1039/c2cc34264b

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  96. Influence of tip size on single yeast cell imaging using scanning electrochemical microscopy 査読有り

    Nagamine K., Takahashi Y., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Electroanalysis   23 巻 ( 5 ) 頁: 1168 - 1174   2011年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Electroanalysis  

    The influence of the tip reaction on the substrate generation/tip collection mode SECM imaging of a single yeast cell was investigated by using various sizes of probe electrodes in μm-nm scales because the tip reaction would disturb the concentration profile of intracellular enzyme reactant formed around the cell. GC mode measurements of a single yeast cell were performed using a dual mediator system with lipophilic menadione and hydrophilic ferricyanide. We found downscaling of the tip size enabled quantitative SECM imaging of a single cell in GC mode without disturbing the concentration profile of the mediator formed around the cell by the tip reaction. © 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

    DOI: 10.1002/elan.201000595

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  97. Realizing the biological and biomedical potential of nanoscale imaging using a pipette probe 査読有り

    Shevchuk A., Novak P., Takahashi Y., Clarke R., Miragoli M., Babakinejad B., Gorelik J., Korchev Y., Klenerman D.

    Nanomedicine   6 巻 ( 3 ) 頁: 565 - 575   2011年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nanomedicine  

    Cells naturally operate on the nanoscale level, with molecules combining together to form complex molecular machines, which can work together to enable normal cell function or go wrong as in the case of many diseases. Visualizing these key processes on the nanoscale has been difficult and two main approaches have been used to date; nanometer resolution imaging of fixed cells using electron microscopy, or imaging live cells using optical or fluorescence microscopy, with a resolution of a few hundred nanometers. Scanning probe microscopy has the potential to allow live cells to be imaged at nanoscale resolution and a noncontact method based on the use of a nanopipette probe has been developed over the last 10 years that allows both topographic and functional imaging. The rapid progress in this area of research over the last 4 years is reviewed in this article, which shows that imaging of complex cellular structures and tissues is now possible and that these methods are now sufficiently mature to provide new insights into important diseases. © 2011 Future Medicine Ltd.

    DOI: 10.2217/NNM.10.154

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  98. Multifunctional nanoprobes for nanoscale chemical imaging and localized chemical delivery at surfaces and interfaces 査読有り

    Takahashi Y., Shevchuk A.I., Novak P., Zhang Y., Ebejer N., MacPherson J.V., Unwin P.R., Pollard A.J., Roy D., Clifford C.A., Shiku H., Matsue T., Klenerman D., Korchev Y.E.

    Angewandte Chemie - International Edition   50 巻 ( 41 ) 頁: 9638 - 9642   2011年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Angewandte Chemie - International Edition  

    Double take: Double-barrel carbon nanoprobes with integrated distance control for simultaneous nanoscale electrochemical and ion conductance microscopy can be fabricated with a wide range of probe sizes in less than two minutes. The nanoprobes allow simultaneous noncontact topographical (left image) and electrochemical imaging (right) of living neurons, as well as localized K+ delivery and simultaneous neurotransmitter detection. Copyright © 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

    DOI: 10.1002/anie.201102796

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  99. Electrochemical detection of receptor-mediated endocytosis by scanning electrochemical microscopy 査読有り

    Takahashi Y., Miyamoto T., Shiku H., Ino K., Yasukawa T., Asano R., Kumagai I., Matsue T.

    Physical Chemistry Chemical Physics   13 巻 ( 37 ) 頁: 16569 - 16573   2011年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Physical Chemistry Chemical Physics  

    We report a scanning electrochemical microscopy (SECM)-based receptor-mediated endocytosis detection method. Epidermal growth factor receptor (EGFR), which is one of the key membrane proteins associated with cancer, was used as a model for receptor-mediated endocytosis. EGFR molecules on the outer cell membrane were detected by SECM by using alkaline phosphatase (ALP) as a labeling enzyme. Since SECM detected the ALP activity on the outer membrane, the procedure helped discriminate the EGFR on the outer membrane from the intracellular EGFR involved in endocytosis. SECM showed a marked decrease in the current responses generated due to ALP activity by 93% on addition of the epidermal growth factor, indicating clearly that EGF triggered the endocytosis, which led to the withdrawal of most EGFRs from the outer membrane. © 2011 The Owner Societies.

    DOI: 10.1039/c1cp21886g

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  100. Reporter gene expression at single-cell level characterized with real-time RT-PCR, chemiluminescence, fluorescence, and electrochemical imaging 査読有り

    Shiku H., Okazaki D., Suzuki J., Takahashi Y., Murata T., Akita H., Harashima H., Ino K., Matsue T.

    FEBS Letters   584 巻 ( 18 ) 頁: 4000 - 4008   2010年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:FEBS Letters  

    mRNA from single cells was quantified using real-time RT-PCR after recording the address and reporter protein activity with chemiluminescence, fluorescence, and electrochemical techniques, using luciferase, green fluorescent protein, and secreted alkaline phosphatase. mRNA copy number ranging from below 103 to 107 in single cells showed a lognormal distribution for both externally introduced reporter genes and internally expressed genes. The fluctuation in the gene expression decreased with the increase of the number of cells picked but did not decrease with the increase of mRNA copy number per cell. We found that the correlation coefficients for mRNA and protein expression in logarithmic plot at single-cell level were much lower than 1.00. © 2010 Federation of European Biochemical Societies.

    DOI: 10.1016/j.febslet.2010.08.008

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  101. Simultaneous noncontact topography and electrochemical imaging by SECM/SICM featuring ion current feedback regulation 査読有り

    Takahashi Y., Shevchuk A., Novak P., Murakami Y., Shiku H., Korchev Y., Matsue T.

    Journal of the American Chemical Society   132 巻 ( 29 ) 頁: 10118 - 10126   2010年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of the American Chemical Society  

    We described a hybrid system of scanning electrochemical microscopy (SECM) and scanning ion conductance microscopy (SICM) with ion current feedback nanopositioning control for simultaneous imaging of noncontact topography and spatial distribution of electrochemical species. A nanopipette/nanoring electrode probe provided submicrometer resolution of the electrochemical measurement on surfaces with complex topology. The SECM/SICM probe had an aperture radius of 220 nm. The inner and outer radii of the SECM Au nanoring electrode were 330 and 550 nm, respectively. Characterization of the probe was performed with scanning electron microscopy (SEM), cyclic voltammetry (CV), and approach curve measurements. SECM/SICM was applied to simultaneous imaging of topography and electrochemical responses of enzymes (horse radish peroxidase (HRP) and glucose oxidase (GOD)) and single live cells (A6 cells, superior cervical ganglion (SCG) cells, and cardiac myocytes). The measurements revealed the distribution of activity of the enzyme spots on uneven surfaces with submicrometer resolution. SECM/SICM acquired high resolution topographic images of cells together with the map of electrochemical signals. This combined technique was also applied to the evaluation of the permeation property of electroactive species through cellular membranes. © 2010 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ja1029478

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  102. Topographic imaging of convoluted surface of live cells by scanning ion conductance microscopy in a standing approach mode 査読有り

    Takahashi Y., Murakami Y., Nagamine K., Shiku H., Aoyagi S., Yasukawa T., Kanzaki M., Matsue T.

    Physical Chemistry Chemical Physics   12 巻 ( 34 ) 頁: 10012 - 10017   2010年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Physical Chemistry Chemical Physics  

    Scanning ion conductance microscopy (SICM) using a nanopipette as a probe and ionic current as a feedback signal was introduced as a novel technique to study live cells in a physiological environment. To avoid contact between the pipette tip and cells during the conventional lateral scanning mode, we adopted a standing approach (STA) mode in which the probe was moved vertically to first approach and then retracted from the cell surface at each measurement point on an XY plane. The STA mode ensured non-contact imaging of the topography of live cells and for a wide range of uneven substrates (500 × 300 µm to 5 × 5 µm). We also used a field-programmable gate array (FPGA) board to enhance feedback distance regulation. FPGA dramatically increased the feedback speed and decreased the imaging time (450 s per image) with enhanced accuracy and quality of live cell images. To evaluate the potential of the STA mode for SICM, we carried out imaging of a convoluted surface of live cell in various scan ranges and estimated the spatial resolutions of these images. © the Owner Societies.

    DOI: 10.1039/c002607g

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  103. Electrochemical characterization of enzyme and immunoglobulin G patterned using microcontact printing 査読有り

    Shiku H., Kumagai A., Luo H.Q., Takahashi Y., Yasukawa T., Yamada H., Matsue T.

    Electrochemistry   78 巻 ( 2 ) 頁: 122 - 125   2010年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Electrochemistry  

    Microcontact printing (μCP) with various proteins has been widely applied to biosensors and cell biology research. However, the mechanism of protein patterning in the μCP process is not clear in detail We have electrochemically estimated enzyme concentration on glass slide patterned with μCP technique. We also estimated the enzyme concentration at the surface of poly(dimethylsiloxane) (PDMS), which corresponded to the enzyme activity at the PDMS stamp just before μCP. Our result suggested that it was possible to transfer enzyme monolayer from PDMS to glass surfaces with 100% efficiency with μCP. Immunoglobulin G (IgG) patterned with μCP was also characterized by tagging with enzyme labeled anti-IgG. Scanning electrochemical microscopy (SECM) image was obtained to visualize line and space pattern of IgG monolayer.

    DOI: 10.5796/electrochemistry.78.122

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  104. Transfected single-cell imaging by scanning electrochemical optical microscopy with shear force feedback regulation 査読有り

    Takahashi Y., Shiku H., Murata T., Yasukawa T., Matsue T.

    Analytical Chemistry   81 巻 ( 23 ) 頁: 9674 - 9681   2009年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Gene-transfected single HeLa cells were characterized using a scanning electrochemical/optical microscope (SECM/OM) system with shear-force-based probe-sample distance regulation to simultaneously capture electrochemical, fluorescent, and topographic images. The outer and inner states of single living cells were obtained as electrochemical and fluorescent signals, respectively, by using an optical fiber-nanoelectrode probe. A focused ion beam (FIB) was used to mill the optical aperture and the ring electrode at the probe apex (the inner and outer radii of the ring electrode were 37 and 112 nm, respectively). To apply an appropriate shear force between the probe tip and the living cell surface, we optimized the amplitude of oscillation of the tuning fork to which the probe was attached. Field-programmable gate arrays (FPGA) were adopted to drastically increase the feedback speed of the tip-sample distance regulation, shorten the scanning time for imaging, and enhance the accuracy and quality of the living cell images. In employing these improvements, we simultaneously measured the cellular expression activity of both secreted alkaline phosphatase outside and GFP inside by using the SECM/OM with shear force distance regulation. © 2009 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ac901796r

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  105. Three dimensional microelectrode array device integrating multi-channel microfluidics to realize manipulation and characterization of enzyme-immobilized polystyrene beads 査読有り

    Kunikata R., Takahashi Y., Koide M., Itayama T., Yasukawa T., Shiku H., Matsue T.

    Sensors and Actuators, B: Chemical   141 巻 ( 1 ) 頁: 256 - 262   2009年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Sensors and Actuators, B: Chemical  

    We microfabricated a novel device consisting of a 4 × 4 array microchamber sandwiched with the two microband electrode array. This device allows dielectrophoretic (DEP) manipulation of microbeads to introduce into and release out a certain address of the V-shaped microchamber, by applying AC voltage (10 Vpp, 10 kHz) on the basis of DEP forces. The design and the position of the two electrodes (row and column electrodes) at each microchamber were optimized by simulation based on a finite element method. More importantly, electrochemical generation-collection measurement was possible to evaluate enzymatic activity. After microbeads immobilized with glucose oxidase (GOD) was entrapped in the V-shaped microchamber with DEP, a measuring solution containing 3 mM ferrocenemethanol (FcCH2OH) and 0.1 M glucose was introduced. The medium in the V-shaped microwell was immediately exchanged into the measuring solution whereas microbeads stayed within the microwell without applying DEP voltage, because the flow within the microchamber was isolated from that of the main channel. Then the potential of the row and column electrodes were set at 0.5 and 0.1 V vs Ag/AgCl. The GOD activity can be monitored as the decrease in the [FcCH2OH]+ reduction current. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.snb.2009.05.028

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  106. Electrochemical detection of epidermal growth factor receptors on a single living cell surface by scanning electrochemical microscopy 査読有り

    Takahashi Y., Miyamoto T., Shiku H., Asano R., Yasukawa T., Kumagai I., Matsue T.

    Analytical Chemistry   81 巻 ( 7 ) 頁: 2785 - 2790   2009年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    A membrane protein on the surface of a single living mammalian cell was imaged by scanning electrochemical microscopy (SECM). The epidermal growth factor receptor (EGFR) is one of the key membrane proteins associated with cancer. It elicits a wide range of cell-type-specific responses, leading to cell proliferation, differentiation, apoptosis, and migration. To estimate EGFR expression levels by SECM, EGFR was labeled with alkaline phosphatase (ALP) via an antibody. The oxidation current of PAP (p-aminophenol) produced by the ALP-catalyzed reaction was monitored to estimate the density of cell surface EGFR. EGFR measurement by SECM has three advantages. First, a single adhesion cell can be measured without peeling it from the culture dish; second, it is possible to optimize labeling antibody concentrations by using living cells because detection of faradaic current is suitable for quantitative estimation in situ; and third, SECM measurements afford information on the expression state at the cell membrane at the single-cell level. In this study, we optimized the concentration of labeling antibody for EGFR at the cell surface and confirmed distinct differences in EGFR expression levels among three types of cells. SECM measurements were compatible with the results of flow cytometry. © 2009 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ac900195m

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  107. A microfluidic dual capillary probe to collect messenger RNA from adherent cells and spheroids 査読有り

    Shiku H., Yamakawa T., Nashimoto Y., Takahashi Y., Torisawa Y.s., Yasukawa T., Ito-Sasaki T., Yokoo M., Abe H., Kambara H., Matsue T.

    Analytical Biochemistry   385 巻 ( 1 ) 頁: 138 - 142   2009年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Biochemistry  

    Collection of bioanalytes from single cells is still a challenging technology despite the recent progress in many integrated microfluidic devices. A microfluidic dual capillary probe was prepared from a theta (θ)-shaped glass capillary to analyze messenger RNA (mRNA) from adherent cells and spheroids. The cell lysis buffer solution was introduced from the injection aperture, and the cell-lysed solution from the aspiration aperture was collected for further mRNA analysis based on reverse transcription real-time PCR. The cell lysis buffer can be introduced at any targeted cells and never spilled out of the targeted area by using the microfluidic dual capillary probe because laminar flow was locally formed near the probe under the optimized injection/aspiration flow rates. This method realizes the sensitivity of mRNA at the single cell level and the identification of the cell types on the basis of the relative gene expression profiles. © 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.ab.2008.10.039

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  108. Electrochemical gene-function analysis for single cells with addressable microelectrode/microwell arrays 査読有り

    Lin Z., Takahashi Y., Murata T., Takeda M., Ino K., Shiku H., Matsue T.

    Angewandte Chemie - International Edition   48 巻 ( 11 ) 頁: 2044 - 2046   2009年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Angewandte Chemie - International Edition  

    (Graph Presented) To each his own: An addressable electrochemical device consisting of orthogonally arranged rows and columns of electrodes has been constructed to monitor protein expression in genetically engineered cells at the single-cell level. The response based on redox cycling reflected the different expression levels of the enzyme from individual HeLa cells transfected with a plasmid vector including secreted alkaline phosphatase. © 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.

    DOI: 10.1002/anie.200805743

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  109. An addressable microelectrode array for electrochemical detection 査読有り

    Lin Z., Takahashi Y., Kitagawa Y., Umemura T., Shiku H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   80 巻 ( 17 ) 頁: 6830 - 6833   2008年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    Column and row electrodes on two different glass substrates were orthogonally arranged in order to assemble an addressable microelectrode device for the purpose of comprehensive electrochemical detection. Amperometric signal at the individual crossing point of the column and row electrodes was detected separately on the basis of redox cycling of localized electroactive species occurring between the electrodes. The addressable microelectrode device was simple and could be easily assembled; however, it comprised as many as 10 x 10 addressable detection points on a single chip. The basic electrochemical performance of the device was investigated by using the ferricyanide/ ferrocyanide redox couple. Electrochemical responses at 100 individual points could be collected within 22 s. The present device was successfully used for imaging the spots of alkaline phosphatase on the array substrate. The results indicate that the device can be applied to comprehensive and high-throughput detection and imaging of biochemical species. © 2008 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ac801389d

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  110. Microcontact printed diaphorase monolayer on glass characterized by atomic force microscopy and scanning electrochemical microscopy 査読有り

    Luo H.Q., Shiku H., Kumagai A., Takahashi Y., Yasukawa T., Matsue T.

    Electrochemistry Communications   9 巻 ( 11 ) 頁: 2703 - 2708   2007年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Electrochemistry Communications  

    Micropatterns of diaphorase (Dp) were fabricated on glass substrates by the microcontact printing (μCP) method and characterized with atomic force microscopy (AFM) and scanning electrochemical microscopy (SECM). AFM images of the printed samples revealed that the mean height of the Dp patterns was 3-5 nm, indicating the formation of a monolayer pattern. The Dp molecules on the surface organized themselves into two-dimensional arrays. We used two kinds of inking solutions: Dp-phosphate buffer solution (PBS) (pH 7.0) and Dp-PBS (pH 7.0) with glutaraldehyde (GA, 1% v/v) as a cross-linking reagent. Although the AFM imaging showed high-quality Dp monolayer patterns in both cases, SECM measurements indicated that the enzymatic activity of Dp was almost lost when Dp-PBS with GA was used as the inking solution, whereas clear enzymatic activity was found when Dp-PBS was used. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.elecom.2007.08.024

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  111. Measurement of gene expression from single adherent cells and spheroids collected using fast electrical lysis 査読有り

    Nashimoto Y., Takahashi Y., Yamakawa T., Torisawa Y.S., Yasukawa T., Ito-Sasaki T., Yokoo M., Abe H., Shiku H., Kambara H., Matsue T.

    Analytical Chemistry   79 巻 ( 17 ) 頁: 6823 - 6830   2007年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Analytical Chemistry  

    The cytosol of a single adherent cell was collected by the electrical cell lysis method with a Pt-ring capillary probe, and the cellular messenger RNA (mRNA) was analyzed at a single-cell level. The ring electrode probe was positioned 20 μm above the cultured cells that formed a monolayer on an indium-tin oxide (ITO) electrode, and an electric pulse with a magnitude of 40 V was applied for 10 μs between the probe and the ITO electrodes in an isotonic sucrose solution. Immediately after the electric pulse, less than 1 μL of the lysed solution was collected using a microinjector followed by RNA purification and first strand cDNA synthesis. Real-time PCR was performed to quantify the copy numbers of mRNA encoding glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) expression inside the single cell. The average copy numbers of GAPDH mRNA collected by the electrical cell lysis method were found to be comparable to those obtained by a simple capillary suction method. Although single-cell analysis has already been demonstrated, we have shown for the first time that the fast electrical cell lysis can be used for quantitative mRNA analysis at the single-cell level. This electrical cell lysis method was further applied for the analysis of mRNA obtained from single spheroids - the aggregated cellular masses formed during the three-dimensional culture - as a model system to isolate small cellular clusters from tissues and organs. © 2007 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ac071050q

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  112. Dual - Capillary micro - Fluidic probe to collect mRNA from a single adherent cells 査読有り

    H. Shiku, T. Yamakawa, Y. Nashimoto, Y. Takahashi, Y. Torisawa, T. Yasukawa, T. Ito-Sasaki, M. Yokoo, H. Abe, H. Kambara, T. Matsue

    PROGRESS ON POST-GENOME TECHNOLOGIES     頁: 61 - 64   2007年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:PHOENIX PUBL & MEDIA NETWORK  

    We have applied the microfluidic probe (MFP) to collect mRNA from single adherent cells. The probe prepared from a theta (theta-shaped capillary can be positioned at any target single adherent cell. The cell lysis buffer was introduced from the injection aperture, and the cell-lysed solution was recovered from the aspiration aperture for further mRNA analysis based on reverse transcription (RT) real-time PCR. This method achieves not only sensitivity at the single cell level but identifies the differences in cell types based on the relative gene expression profiles. The collection efficiency for mRNA was quantitatively evaluated using real-time PCR.

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  113. Topographic, electrochemical, and optical images captured using standing approach mode scanning electrochemical/optical microscopy. 査読有り

    Takahashi Y, Hirano Y, Yasukawa T, Shiku H, Yamada H, Matsue T

    Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids   22 巻 ( 25 ) 頁: 10299 - 10306   2006年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Langmuir  

    We developed a high-resolution scanning electrochemical microscope (SECM) for the characterization of various biological materials. Electrode probes were fabricated by Ti/Pt sputtering followed by parylene C-vapor deposition polymerization on the pulled optical fiber or glass capillary. The effective electrode radius estimated from the cyclic voltammogram of ferrocyanide was found to be 35 nm. The optical aperture size was less than 170 nm, which was confirmed from the cross section of the near-field scanning optical microscope (NSOM) image of the quantum dot (QD) particles with diameters in the range of 10-15 nm. The feedback mechanism controlling the probe-sample distance was improved by vertically moving the probe by 0.1 -3 μm to reduce the damage to the samples. This feedback mode, defined as "standing approach (STA) mode" (Yamada, H.; Fukumoto, H.; Yokoyama, T.; Koike, T. Anal. Chem. 2005, 77, 1785-1790), has allowed the simultaneous electrochemical and topographic imaging of the axons and cell body of a single PC12 cell under physiological conditions for the first time. STA-mode feedback imaging functions better than tip-sample regulation by the conventionally available AFM. For example, polystyrene beads (diameter ∼ 6 μm) was imaged using the STA-mode SECM, whereas imaging was not possible using a conventional AFM instrument. © 2006 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/la0611763

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  114. 「固液界面科学の将来展望」タンパク質のパターニングと界面現象の解析

    高橋康史, 珠玖仁, 安川智之, 末永智一

    表面科学   27 巻 ( 10 ) 頁: 613 - 616   2006年10月

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    記述言語:日本語  

    DOI: 10.1380/jsssj.27.613

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書籍等出版物 4

  1. 生きてるものは全部観る! イメージングの選び方・使い方100+

    高橋 康史( 担当: 分担執筆 ,  範囲: 45.原子間力顕微鏡 ⅱ.走査型イオンコンダクタンス顕微鏡―生細胞の形状と機能をナノスケールで可視化)

    羊土社  2018年12月 

  2. Ion conductance probe microscopy-molecular resolution

    Zhou Y., Fukuma T., Takahashi Y.

    Encyclopedia of Interfacial Chemistry: Surface Science and Electrochemistry  2018年1月  ( ISBN:9780128097397

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    記述言語:日本語

    Scanning ion-conductance microscopy (SICM) is a nanopipette-based technique that has been widely used in noncontact topography imaging, particularly for imaging cell surfaces. Recent studies have considerably improved the spatiotemporal resolution of SICM based on miniaturization of the probe and development of new scanning mode. In addition, SICM can provide nanoscale functional information of sample surface alone or combined with other techniques. In this article, we focus on these functional imaging and sensing applications of SICM. First, we highlight the combination of SICM with electrochemical sensing. For example, when SICM is combined with scanning electrochemical microscopy, the surface topography and chemical activity can be imaged simultaneously. Second, we introduce SICM for surface-charge mapping and other nanopore-based platforms. The ion current rectification effect that is dependent on the interaction of transported ions with the surface charge of both nanopipette itself and substrate have been used for these applications. When SICM is combined with chemical modified nanopipettes, ion channels, proteins, as well as intracellular pH and glucose can be detected with high spatial resolution. Finally, we discuss SICM probes used for the nanoscale extraction of intracellular molecules from single living cells. The extracted samples can be used to access cell functions by molecular biology techniques.

    DOI: 10.1016/B978-0-12-409547-2.13510-3

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  3. Nanobiosensors and Nanobioanalyses

    Mun'delanji C. Vestergaard, Kagan Kerman, I-Ming Hsing, Eiichi Tamiya

    Springer  2015年3月  ( ISBN:4431551891

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    総ページ数:379  

    ASIN

  4. バイオ電気化学の実際―バイオセンサ・バイオ電池の実用展開 (CMCテクニカルライブラリー 456 バイオテクノロジーシリーズ)

    池田篤治

    シーエムシー出版  2013年4月  ( ISBN:4781307159

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    総ページ数:314  

    ASIN

MISC 1

  1. 高速走査型イオンコンダクタンス顕微鏡による細胞表面の微小構造動態の非侵襲測定

    井田大貴, 高橋康史, 珠玖仁, 末永智一  

    第1回細胞生物若手の会   2015年6月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(全国大会,その他学術会議)  

講演・口頭発表等 96

  1. 走査型プローブ顕微鏡を用いた生細胞の動的イメージング 招待有り

    髙橋康史

    JST CREST 統合1細胞解析のための革新的技術基盤 非標識神経伝達物質イメージセンサによる細胞活動可視化システム構築と脳機能の時空間解析 2020 CREST 合同ミーティング in 中伊豆  2020年1月30日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2020年1月

    記述言語:日本語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

  2. Nanoscale Electrochemical Imaging using Scanning Probe Microscopy 招待有り

    Yasufumi Takahashi

    1st WPI NanoLSI-iCeMS Joint Symposium on Nanoimaging and Advanced Materials for Life Science  2020年1月23日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2020年1月

    記述言語:英語   会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(指名)  

  3. Visualization of Inhomogeneous Reactivity Using Scanning Electrochemical Cell Microscopy 招待有り

    Yasufumi Takahashi

    Electrochemistry Gordon Research Conference  2020年1月10日 

     詳細を見る

    開催年月日: 2020年1月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  4. Live cell functional imaging using scanning probe microscopy 招待有り 国際会議

    高橋 康史

    3rd NanoLSI Symposium at UBC in Vancouver  2019年8月8日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(指名)  

  5. Development of Scanning Electrochemical - Ion Conductance Microscopy for Single Cell Analysis 国際会議

    高橋 康史

    NUS-JST (PRESTO) Workshop  2016年12月9日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(指名)  

  6. Development of Nano Electrochemical Microscopy for Chemical Mapping 招待有り

    高橋 康史

    日本化学会第96春季年会  2016年3月25日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    添付ファイル: sample_Word_english4.pdf

  7. Development of Nano Electrochemical Microcopy for Single Cell Analysis 招待有り

    高橋 康史

    日本分析化学会第65年会  2016年9月14日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  8. Development of multifunction scanning ion conductance microscopy for single cell analysis 国際会議

    高橋 康史

    4th Kanazawa Bio-AFM Workshop  2016年10月5日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  9. Development of High Resolution Scanning Electrochemical Microscopy for Single Cell Analysis 招待有り 国際会議

    高橋 康史

    Pittcon 2017  2017年3月8日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  10. 生細胞の超解像度機能イメージング 招待有り

    高橋 康史

    第57回日本生物物理学会年会  2019年9月26日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  11. 生体界面のノンラベルケミカルイメージングを実現する 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡の開発 招待有り

    高橋 康史, 周 縁殊, 井田 大貴, 珠玖 仁, 酒井 秀, 末永 智一

    第93回日本生理学会大会  2016年3月23日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    添付ファイル: 抄録登録 [10044].eml

  12. 水素貯蔵合金表面におけるナノ電気化学イメージング

    安永幹生, 熊谷明哉, 熊谷明哉, 田中元基, 高橋康史, 高橋康史, 末永智一, 珠玖仁

    日本分析化学会年会講演要旨集  2018年8月29日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  13. 水素/空気二次電池用水素吸蔵合金における電気化学応答の可視化

    田中元基, 熊谷明哉, 近真起雄, 陶山博司, 西山博史, 中西真二, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 射場英紀, 末永智一, 末永智一

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2017年3月17日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  14. ライブセルの超解像度形状イメージング技術と代謝物の電気化学計測技術の開発 招待有り

    高橋康史

    第80回分析化学討論会  2020年5月23日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  15. マイクロ電極を用いた電気化学測定の実際

    青柳重夫, 松岡涼, 松平昌昭, 高橋康史, 熊谷明哉, 珠玖仁, 末永智一

    日本分析化学会年会講演要旨集  2017年8月26日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  16. ナノ電気化学顕微鏡を用いたBCC系合金における水素貯蔵過程の可視化

    熊谷明哉, 田中元基, 近真紀雄, 陶山博司, 西山博史, 中西真二, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 射場英紀, 末永智一

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)  2017年8月25日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  17. ナノ電気化学セル顕微鏡を用いたリチウムイオン電池Si‐黒鉛複合負極の評価

    熊谷明哉, 渡邊徹弥, 高橋康史, 高橋康史, 久保田圭, 佐藤悠人, 珠玖仁, 駒場慎一, 末永智一, 末永智一

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)  2017年3月1日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  18. ナノ電気化学セル顕微鏡を用いたグラフェンの電気化学応答評価

    三浦千穂, 熊谷明哉, 熊谷明哉, 岡田健, 寒川誠二, 寒川誠二, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 末永智一

    電気化学会東北支部セミコンファレンス講演論文集  2017年 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  19. ナノ電気化学セル顕微鏡を用いたグラフェン/グラファイト表面構造における電気化学活性の評価

    三浦千穂, 熊谷明哉, 岡田健, 寒川誠二, 寒川誠二, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 末永智一

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)  2017年8月25日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  20. ナノ電気化学セル顕微鏡を用いたグラファイト/グラフェン表面の電気化学活性の可視化

    熊谷明哉, 高橋康史, 三浦千穂, 珠玖仁, 末永智一, 末永智一

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2016年3月23日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  21. ナノ電気化学セル顕微鏡を用いたMoS2の触媒活性サイトの電気化学イメージング

    高橋康史, 猪又宏貴, 王 子謙, 伊藤良一, 熊谷明哉, 珠玖 仁, 福間剛士, 陳明 偉, 末永智一

    電気化学会第83回大会  2016年3月29日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    添付ファイル: takahashi1.pdf

  22. ナノ電気化学セル顕微鏡を用いた 局所的な電気化学計測 招待有り

    高橋 康史

    平成28年度資源・素材関係学協会合同秋季大会  2016年9月13日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  23. ナノ電気化学セル顕微鏡を利用したBCC系合金表面における水素吸蔵反応分布の観察

    田中元基, 熊谷明哉, 近真紀雄, 陶山博司, 西山博史, 中西真二, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 射場英紀, 末永智一

    電池討論会講演要旨集  2017年11月13日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  24. ナノ電気化学セル顕微鏡の局所電気化学測定を利用したSEI被膜生成過程の解析

    渡邊徹弥, 熊谷明哉, 阿部真知子, 岡崎智子, 伊藤友一, 佐藤悠人, 井田大貴, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 射場英紀, 末永智一

    電池討論会講演要旨集  2016年11月28日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  25. ナノ電気化学セル顕微鏡による中和型ポリアクリル酸バインダーを用いたSi‐黒鉛複合負極の特性評価

    渡邊徹弥, 熊谷明哉, 高橋康史, 山際清史, 久保田圭, 井田大貴, 珠玖仁, 駒場慎一, 末永智一, 末永智一

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2016年3月23日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  26. ナノ電気化学セル顕微鏡によるグラフェン/グラファイト構造における電気化学活性の局所電気化学測定と可視化

    三浦千穂, 熊谷明哉, 岡田健, 寒川誠二, 寒川誠二, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 末永智一, 末永智一

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)  2017年3月1日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  27. ナノ電気化学セル顕微鏡によるSi‐黒鉛複合電極用架橋型ポリアクリル酸バインダーの有機電解液の分解抑制効果の検証

    JUNG S, 佐藤悠人, 熊谷明哉, 高橋康史, 高橋康史, 久保田圭, 瀧本一樹, 水田浩徳, 岡本訓明, 珠玖仁, 駒場慎一, 末永智一

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)  2017年8月25日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  28. ナノ電気化学セル顕微鏡によるSi‐黒鉛複合負極の局所電気化学特性評価

    渡邊徹弥, 熊谷明哉, 高橋康史, 高橋康史, 久保田圭, 井田大貴, 珠玖仁, 駒場慎一, 末永智一

    電池討論会講演要旨集  2016年11月28日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  29. ナノ電気化学セル顕微鏡によるSi‐C複合電極用架橋型ポリアクリル酸バインダーの局所電気化学評価

    熊谷明哉, 佐藤悠人, 高橋康史, 高橋康史, 久保田圭, 瀧本一樹, 水田浩徳, 岡本訓明, 珠玖仁, 駒場慎一, 末永智一, 末永智一

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2017年3月17日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  30. ナノ電極・ナノピペットを用いた電気化学イメージング技術を用いた単一細胞計測

    高橋康史

    第12回 生体界面研究会  2020年2月17日 

  31. ナノプローブを用いた1細胞mRNAの局所回収及び発現量解析

    周縁殊, 梨本裕司, 高橋康史, 高橋康史, 福間剛士, 珠玖仁, 末永智一, 末永智一

    日本分析化学会年会講演要旨集  2016年8月31日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  32. ナノスケールの神経細胞の形状イメージングを 実現する走査型イオンコンダクタンス顕微鏡の開発

    高橋 康史

    第77回分析化学討論会  2017年5月27日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  33. ナノスケールの固液界面計測を実現する電気化学顕微鏡の創成 招待有り

    高橋 康史

    電気化学会第83回大会  2016年3月30日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    添付ファイル: takahashi 受賞講演3.pdf

  34. シナプスの形状変化を捉える走査型イオンコンダクタンス顕微鏡の開発

    Yasufumi Takahashi, Takafumi Miyamoto, Zhou Yuanshu, Takeshi Fukuma

    第84回電気化学会大会  2017年3月27日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  35. ケミカルマッピングを実現する ナノ電気化学顕微鏡の創成

    高橋 康史

    日本化学会第98回春季大会(2018)コラボレイション企画 JST さきがけ「統合1細胞解析のための革新的技術基盤」領域-1期生(平成26年度採択)- 第2回研究成果報告会:革新的なバイオイメージングと1細胞解析技術開発  2018年3月22日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  36. グラフェンエッジにおける電気化学活性のナノスケール電気化学イメージング

    熊谷明哉, 熊谷明哉, 三浦千穂, 高橋康史, 高橋康史, 井田大貴, 珠玖仁, 末永智一

    日本分析化学会年会講演要旨集  2018年8月29日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  37. グラファイト/グラフェンのエッジ領域における電気化学活性の可視化

    熊谷明哉, 高橋康史, 三浦千穂, 珠玖仁, 末永智一, 末永智一

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)  2016年3月3日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  38. エンドサイトーシスを直接可視化する 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡の開発

    高橋 康史, 宮本 貴史, 井田 大貴, 東 宏樹, 周 縁殊, 福間 剛士

    【応用物理学会】2019春季講演会  2019年3月12日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  39. Visualization of Nanoscale Inhomogeneous Current Distribution on ZrO2-Coated LiCoO2 Thin-Film Electrodes using SECCM 招待有り 国際会議

    高橋 康史

    9th Workshop on Scanning Electrochemical Microscopy (SECM)  2017年8月15日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  40. Visualization of Nanoscale Inhomogeneous Current Distribution on ZrO2-Coated LiCoO2 Thin-Film Electrodes using SECCM 招待有り 国際会議

    高橋 康史

    2018 IEEE International Conference on “Nanomaterials: Applications & Properties”  2018年9月13日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  41. SnS<sub>2</sub>二次元薄膜における水素発生反応のナノスケール電気化学イメージング

    小川寛人, 熊谷明哉, 熊谷明哉, 上野啓司, 井田大貴, 高橋康史, 末永智一, 珠玖仁

    日本分析化学会年会講演要旨集  2018年8月29日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  42. Single cell analysis using scanning probe microscopy 招待有り 国際会議

    高橋 康史

    Single cell biology meets diagnostics workshop  2019年3月4日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(公募)  

  43. SECM‐SICMを用いた酵素反応検出

    中村拓生, 伊野浩介, 梨本裕司, 梨本裕司, 熊谷明哉, 高橋康史, 高橋康史, 末永智一, 珠玖仁

    日本分析化学会年会講演要旨集  2018年8月29日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  44. Nanoscale Live Cell Chemical and Topographical Imaging using Scanning Probe microscopy 招待有り 国際会議

    高橋 康史

    MPFI-JST workshop  2018年10月30日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:シンポジウム・ワークショップ パネル(指名)  

  45. Nanoscale imaging of extracellular microenvironment using scanning ion conductance microscopy 招待有り

    高橋 康史

    第92回日本薬理学会年会  2019年3月15日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  46. Nanoscale Electrochemical Reactivity Imaging on Boron-Doped Diamond Using Scanning Electrochemical Cell Microscopy 招待有り 国際会議

    高橋 康史

    International Symposium on Diamond Electrochemistry (Final Symposium of JST-ACCEL project “Fundamentals and Applications of Diamond Electrodes”)  2019年3月6日 

     詳細を見る

    記述言語:英語  

  47. Nanoscale electrochemical imaging by scanning probe microscopy 招待有り 国際会議

    高橋 康史

    International Workshop: New Electroanalytical Techniques and Their Emerging Applications (IWNET-2017)  2017年9月26日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  48. Multifunctional Scanning Ion Conductance Microscopy for Single Cell Analysis 招待有り 国際会議

    高橋 康史

    Meeting of the German Society for Biochemistry and Molecular Biology  2017年9月23日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  49. Live Cell Nanoscale Topography and Chemical Imaging by Using Scanning Ion Conductance Microscopy and Scanning Electrochemical Microscopy 招待有り

    高橋 康史

    23rd iCeMS International Symposium “Emerging Science for Unlocking Cell's Secrets”  2017年5月30日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  50. Live Cell Imaging using Scanning Probe Microscopy 招待有り

    高橋 康史

    新潟大学世界展開力強化事業(G-MedEx)留学生向け特別講演  2016年7月28日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

  51. Development of scanning ion conductance microscopy for time-lapse imaging of neuron

    Yasufumi Takahashi, Takafumi Miyamoto, Zhou Yuanshu, Takeshi Fukuma

    日本化学会 第97春季年会 (2017)  2017年3月17日 

     詳細を見る

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  52. ケミカルマッピングを実現する ナノ電気化学顕微鏡の創成 招待有り

    高橋 康史

    日本化学会第96春季年会  2016年3月27日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    添付ファイル: 日本語4.pdf

  53. 高解像度電気化学イオンコンダクタンス顕微鏡によるアルミダイガストの腐食特性の検証

    青柳重夫, 松岡涼, 松本尚志, 松平昌昭, 高橋康史, 高橋康史, 熊谷明哉, 井田大貴, 棟方裕一, 珠玖仁, 金村聖志, 末永智一

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2017年3月17日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  54. 非標識・非侵襲でのナノスケールの形状観察を実現する 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡の開発と応用 招待有り

    高橋 康史

    第69回日本細胞生物学会大会  2017年6月13日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  55. 電気化学計測が可能な⾛査型プローブ顕微鏡を⽤いた機能性イメージング 招待有り

    高橋康史

    セミナー(慶應義塾大学先端生命科学研究所)  2019年12月11日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

  56. 電気化学界面・デバイスの 局所評価技術の基礎と応用 招待有り

    高橋 康史

    【応用物理学会】2019春季講演会  2019年3月9日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

  57. 電気化学イメージングによる金属/半導体カーボンナノチューブの酸化還元反応の検証

    志村実優, 熊谷明哉, 熊谷明哉, 岡田健, 三浦千穂, 井田大貴, 寒川誠二, 寒川誠二, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 末永智一

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2018年2月23日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  58. 金属/半導体単層カーボンナノチューブのナノ電気化学イメージング

    志村実優, 熊谷明哉, 熊谷明哉, 岡田健, 三浦千穂, 寒川誠二, 寒川誠二, 珠玖仁, 高橋康史, 高橋康史, 末永智一

    電気化学会東北支部セミコンファレンス講演論文集  2017年 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  59. 酸化還元反応の差異による半導体・金属カーボンナノチューブの検出

    熊谷明哉, 熊谷明哉, 志村実優, 高橋康史, 高橋康史, 三浦千穂, 岡田健, 岡田健, 井田大貴, 珠玖仁, 寒川誠二, 寒川誠二, 末永智一

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)  2018年3月5日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  60. 遷移金属ダイカルコゲナイドナノシートの触媒活性イメージング

    高橋 康史, 太田 真登, 小林 佑, 熊谷 明哉, 宮田 耕充, 福間 剛士

    【応用物理学会】2019春季講演会  2019年3月12日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  61. 超高解像度電気化学顕微鏡の創成と応用

    青柳重夫, 松岡涼, 高橋康史, 珠玖仁, 末永智一

    ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会講演要旨集(Web)  2017年 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  62. 超解像度ケミカルイメージング 技術の開発 招待有り

    高橋 康史

    第2回フロンティアバイオイメージング研究会  2017年11月7日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  63. 走査型電気化学セル顕微鏡を用いたカルコゲナイド系層状物質の電気化学イメージング

    太田真登, 山下翼, 小林佑, 宮田耕充, ZHOU Yuanshu, 福間剛士, 高橋康史, 高橋康史

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2018年2月23日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  64. 走査型電気化学セル顕微鏡を使用した単結晶ダイヤモンドの電気化学イメージング

    安藤智洋, 浅井開, 栄長泰明, ZHOU Yuanshu, ZHOU Yuanshu, 福間剛士, 福間剛士, 高橋康史, 高橋康史

    電気化学秋季大会講演要旨集(CD‐ROM)  2018年9月11日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  65. 走査型電気化学セル顕微鏡によるリチウム電池電極の局所的な拡散係数の計測

    山下翼, 高松大郊, ZHOU Yuanshu, ZHOU Yuanshu, 福間剛士, 福間剛士, 高橋康史, 高橋康史

    電気化学秋季大会講演要旨集(CD‐ROM)  2018年9月11日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  66. 走査型電気化学セル顕微鏡によるLi<sub>4</sub>Ti<sub>5</sub>O<sub>12</sub>の充放電特性イメージング

    山下翼, 高松大郊, ZHOU Yuashu, 福間剛士, 高橋康史, 高橋康史

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2018年2月23日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  67. 走査型電気化学‐イオンコンダクタンス顕微鏡による 生細胞表面でのケミカルマッピング 招待有り

    高橋 康史, 井田 大貴, 周 縁殊, 珠玖 仁, 末永 智一

    第89回日本薬理学会年会  2016年3月9日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    添付ファイル: 学会4.pdf

  68. 走査型プローブ顕微鏡を用いた局所電気化学計測 招待有り

    高橋 康史

    2017年 電気化学会北陸支部秋季大会プログラム  2017年11月2日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  69. 走査型プローブ顕微鏡を用いたコモンスペにおけるケミカルセシグ

    高橋 康史

    第10回生体界面研究会  2019年2月28日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語  

  70. 走査型プローブ顕微鏡を用いた 生細胞の動的イメージング 招待有り

    高橋康史

    セミナー(産業技術総合研究所)  2019年12月6日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

  71. 走査型プローブ顕微鏡を用いた 単一細胞の電気化学イメージング 招待有り

    高橋 康史

    第92回日本生化学会  2019年9月18日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  72. 走査型プローブ顕微鏡を用いた ライブセル超解像度イメージング 招待有り

    高橋 康史

    2018年電気化学秋季大会  2018年9月25日 

     詳細を見る

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  73. 走査型プローブ顕微鏡を利用した電気化学計測 招待有り

    高橋 康史

    環境微生物系合同大会  2017年8月29日 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  74. 走査型プローブ顕微鏡による細胞表面でのケミカルセンシング 招待有り

    高橋康史, 井田大貴, 周縁殊, 藤井拓人, 酒井秀紀, 珠玖仁, 福間剛士

    第95回日本生理学会大会  2018年3月29日 

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    記述言語:日本語  

  75. 走査型プローブ顕微鏡によるエンドサイトーシスの直接可視化

    高橋康史, 東宏樹, 井田大貴, 周縁殊, 福間剛士

    第71回細胞生物学会  2019年6月25日 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

  76. 走査型プローブ顕微鏡による1次繊毛の非標識イメージング 招待有り

    高橋 康史

    第92回日本薬理学会年会  2019年3月14日 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  77. 走査型プローブ顕微鏡による 生細胞の超解像度ケミカルイメージング 招待有り

    高橋 康史

    日本物理学会第73回年次大会  2018年3月24日 

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    記述言語:日本語  

  78. 走査型プローブ顕微鏡とイオン伝導計測技術の融合によるイオン伝導パスの可視化技術の創成

    高橋康史

    旭硝子財団研究助成成果発表会  2017年7月 

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    記述言語:日本語  

  79. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡を用いた負極材料の形状とイオン濃度プロファイルの可視化

    高橋 康史, 高松 大効, 周 縁殊, 福間 剛士

    2019年 電気化学秋季大会  2019年9月6日 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

  80. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡を用いた神経細胞のナノスケールイメージング

    高橋 康史, 宮本貴史, 周縁殊, 福間剛士

    日本生物物理学会第55回年会  2017年9月19日 

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    記述言語:日本語   会議種別:ポスター発表  

  81. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡を用いたリチウムイオン二次電池電極表面の形状観察

    小笠原航汰, 熊谷明哉, 高橋康史, 猪又宏貴, 井田大貴, 高松大郊, 山際清史, 久保田圭, 珠玖仁, 駒場慎一, 末永智一, 末永智一

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2016年3月23日 

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    記述言語:日本語  

  82. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡を用いたエンドサイトーシスの観察

    宮本貴史, ZHOU Yuanshu, ZHOU Yuanshu, 東宏樹, 福間剛士, 福間剛士, 高橋康史, 高橋康史

    電気化学秋季大会講演要旨集(CD‐ROM)  2018年9月11日 

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    記述言語:日本語  

  83. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡によるタンパク質薄膜表面の電荷評価

    今井俊輔, LI Fei, YANG Peng, 井田大貴, 熊谷明哉, 高橋康史, 高橋康史, 伊野浩介, 珠玖仁, 末永智一

    化学とマイクロ・ナノシステム学会研究会講演要旨集  2017年10月4日 

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    記述言語:日本語  

  84. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡によるタンパク質薄膜表面のナノスケール電荷マッピング

    今井俊輔, LI Fei, YANG Peng, 井田大貴, 熊谷明哉, 熊谷明哉, 高橋康史, 高橋康史, 伊野浩介, 珠玖仁, 末永智一

    電気化学会大会講演要旨集(CD-ROM)  2018年2月23日 

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    記述言語:日本語  

  85. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡によるタンパク質薄膜の電荷マッピング

    今井俊輔, LI Fei, YANG Peng, 井田大貴, 熊谷明哉, 熊谷明哉, 高橋康史, 高橋康史, 伊野浩介, 珠玖仁, 末永智一

    電気化学会東北支部セミコンファレンス講演論文集  2017年 

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    記述言語:日本語  

  86. 走査型イオンコンダクタンス顕微鏡(SICM)を用いた細胞表面上エクソソーム計測

    東宏樹, 吉田孟史, 吉田孟史, ZHOU Yuanshu, ZHOU Yuanshu, 宮本貴史, 華山力成, 華山力成, 福間剛士, 福間剛士, 高橋康史, 高橋康史

    電気化学秋季大会講演要旨集(CD‐ROM)  2018年9月11日 

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    記述言語:日本語  

  87. 薄膜シールド機構を備えた液中AFMの開発

    宮澤佳甫, 山村俊貴, 泉久範, 高橋康史, 高橋康史, 福間剛士, 福間剛士

    応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)  2017年8月25日 

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    記述言語:日本語  

  88. 細胞観察用の延伸AFM探針の開発と性能評価

    日笠山拓, 宮澤佳甫, ZHOU Yuanshu, 高橋康史, 高橋康史, 高橋康史, 福間剛士, 福間剛士

    応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM)  2018年3月5日 

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    記述言語:日本語  

  89. Direct visualization of nanoscale inhomogeneous reactivity of lithium-ion battery using SECCM 招待有り

    Yasufumi Takahashi

    Pacifichem 2021  2021年12月19日 

  90. ガラスナノピペットを用いた単一オルガネラの単離と分析 招待有り

    高橋康史

    第44回日本分子生物学会年会  2021年12月3日 

  91. Nanoscale electrochemical reactivity imaging on BDD using scanning electrochemical cell microscopy 招待有り

    高橋康史

    International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC) 2020/2021  2021年6月7日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  92. Nanoscale electrochemical imaging for Visualizing the Heterogeneous Catalytic Activity 招待有り

    Yasufumi Takahashi

    ISE Annual Meeting  2021年8月13日 

  93. Labviewを使った走査型プローブ顕微鏡用プログラムの開発と応用 招待有り

    高橋康史

    第81回分析化学討論会  2021年5月22日 

  94. Electrochemical mapping of hydrogen evolution reaction site on transition metal dichalcogenide nanosheets 招待有り

    Yasufumi Takahashi

    Pacifichem 2021  2021年12月21日 

  95. ガラスナノピペットを用いた細胞のナノ構造・機能解明に資するプローブ顕微鏡の開発 招待有り

    高橋康史

    第167委員会第98回研究会  2021年7月29日 

  96. ナノピペットを利用したナノスケールの電気化学イメージング技術の開発と応用 招待有り

    高橋康史

    日本表面真空学会学術講演会  2021年11月3日 

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科研費 12

  1. がん細胞の表現型と遺伝子発現状態をひもとく次世代イオンコンダクタンス顕微鏡の創成

    研究課題/研究課題番号:21H01770  2021年4月 - 2025年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    Korchev Yuri.E., 周 縁殊, 高橋 康史

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    担当区分:研究分担者 

    癌組織の形成・増殖メカニズムを理解するため、(1)個々の手法で得られた細胞の情報をリンクできない、(2)細胞の情報とその環境の関係を特定できないという課題を抱えている。そこで、癌細胞特有のミトコンドリア活性に依存した微小環境の形成や、グルコース代謝に伴う活性酸素種の生成、癌の浸潤と密接に関係する細胞の硬さ、ヘテロな細胞集団の中での癌幹細胞の特定など、表現型をその場で計測可能な次世代イオンコンダクタンス顕微鏡を開発する。さらに、次世代イオンコンダクタンス顕微鏡を用いて単一細胞レベルで細胞を回収し、遺伝子発現状態を評価することで、癌細胞の表現型と遺伝子発現状態を単一細胞レベルで理解する。

  2. 二酸化炭素電解還元における反応中間体制御法の確立と気体フロー型電解合成セルの開発

    研究課題/研究課題番号:21H02037  2021年4月 - 2025年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    伊藤 良一, 辻口 拓也, 高橋 康史

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    担当区分:研究分担者 

    本研究は、二酸化炭素に対して高い吸着能力を持つ担体と高活性な金属触媒との複合体を作製することで効率的な電解合成を行える触媒開発とその普遍的な触媒反応メカニズムの解明を目指す。また、走査型電気化学セル顕微鏡を用いて幾何学構造(例えば担体と触媒の界面)と電気化学データを同時計測することで幾何学構造と電気化学データが実空間で対応付けを行い、第一原理計算と合わせて二酸化炭素吸着能力と反応中間体の挙動を理解する。更に、二酸化炭素の吸着能力が高い触媒を用いることで気体の二酸化炭素を直接原料として電解することが可能なフロー型電解合成セルの開発を行う。

  3. 電気生理学的視点からの電池材料界面計測

    研究課題/研究課題番号:20K21141  2020年7月 - 2022年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    高橋 康史

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:6500000円 ( 直接経費:5000000円 、 間接経費:1500000円 )

    リチウムイオン2次電池のボトルネックのプロセスである電解液・電池材料界面でのLi+の脱溶媒和を、時空間的に捉えることを目的として新しい計測技術を確立する。そのベースとなる走査型イオンコンダクタンス顕微鏡(SICM)は、パッチクランプで利用されるガラスピペットを探針に用いる。SICMは、生細胞表面の形状情報とともに局所的なイオン電流の計測が可能であり、イオンチャネルのマッピングに有効である。本研究では、SICMを蓄電材料の計測用に改造し、SEIのイオン伝導特性のイメージングによる評価や、充放電流のイオン濃度プロファイルの変化をマッピングする。
    細胞膜表面のイオンチャネルは、イオンの効率的なトラッピング(静電相互作用)、フィルタリング(イオンとカルボニル基との分子間相互作用による効率的な脱水和)、輸送(双極子モーメントを利用)により、細胞内のイオン濃度を調整している。このようなイオンチャネルを1分子レベルで計測できる手法がパッチクランプである。パッチクランプは、溶液中でガラスピペットと細胞をタイトに接触させて、非常に高い密閉状態を形成し、細胞膜表面に存在するイオンチャネルを移動するイオン由来の電流を直接計測する。
    リチウムイオン2次電池の負極材料表面に形成されている被膜(Solid Electrolyte Interface:SEI)においても、細胞同様に、溶媒和されたLi+の脱溶媒和が行われ、材料内へLi+が挿入される。この脱溶媒和過程が充放電過程における律速段階となっていることが明らかにされてきた。このように、リチウムイオン2次電池においてSEIは、イオンチャネルと非常に似た役割を担っているが、その電気化学特性は平均化された情報のみであり、時空間的な情報が欠如していた。
    走査型プローブ顕微鏡は、尖った探針を利用して、表面形状や特性をナノスケールでマッピングする技術である。走査型イオンコンダクタンス顕微鏡(SICM)は、パッチクランプで利用されるガラスピペットを探針に用いる。SICMは、生細胞表面の形状情報とともに局所的なイオン電流の計測が可能であり、イオンチャネルのマッピングに有効である。本研究では、SICMを蓄電材料の計測用に改造し、SEIのイオン伝導特性のイメージングによる評価や、充放電流のイオン濃度プロファイルの変化をマッピングする。このことで、脱溶媒和に最適な添加剤の探索や、高速充放電中のイオンの偏りなど、SEIの詳細な理解と設計指針の提示に資する分析技術を確立する。
    グローブボックス内で走査型イオンコンダクタンス顕微鏡(SICM)計測が可能なシステムを構築し、ハードカーボンの合材電極上の形状イメージングに加え、充放電の際のイオン濃度プロファイルの変化に起因したSICMのイオン電流の変化を観察することができた。さらに、ハードカーボンのCV計測中に形成されるSEI(SolidElectrolyte Interphase)の形成と消失に伴う高さ変化を捉えることに成功した。
    これまでカーボン負極の計測を中心として行ってきたが、正極材料やセパレータに関しても同様に計測を行う。特にセパレータに関しては、金属Liを負極に利用する際にキーとなる部分であり、電流の不均一性がデンドライトの形成と密接にかかわっていることが予想される。また、有機電解液だけでなく、デンドライトの形成が課題となっている水溶液系の蓄電材料に関しても同様に計測を進めていく。

  4. ナノスケールの構造変化とシグナル伝達をリンクするプローブ顕微鏡の開発

    研究課題/研究課題番号:20H02582  2020年4月 - 2023年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    高橋 康史

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:17810000円 ( 直接経費:13700000円 、 間接経費:4110000円 )

    メンブレントラフィックや、細胞遊走などのダイナミックな動きは、細胞内シグナル伝達により調整されている。シグナル伝達の起源となる受容体の位置、感受性、刺激の強度や周期、表面形状変化との関係など、複雑な細胞機能のシームレスな理解には、局所刺激技術・表面形状イメージング技術・シグナル伝達の計測技術の3つを統合させる必要がある。そこで、走査型プローブ顕微鏡と、FRETバイオセンサーの融合技術を開発し、エクソソームの取り込み、免疫シナプスの形成、一次繊毛の伸縮など局所刺激に伴うシグナル伝達や構造変化の関係を明らかとする。
    電子顕微鏡と蛍光顕微鏡の隙間を埋める技術として、超解像度顕微鏡などバイオイメージングの新たな可能性が示されている。その一方で、メンブレントラフィック、細胞遊走などのダイナミックな動き(形状変化)は、細胞内シグナル伝達により調整されている。シグナル伝達の起源となる受容体の刺激に関する感受性、刺激の強度や周期、表面形状変化との関係など、複雑な細胞機能のシームレスな理解には、ナノスケールの表面構造変化とシグナル伝達の関係をリンクさせる必要がある。
    ナノピペットを用いて、生細胞の表面形状変化を可視化できる走査型イオンコンダクタンス顕微鏡(SICM)は、イメージングだけでなく、細胞への局所的な化学物質の投与や、細胞質を回収可能である。これまで、共焦点顕微鏡と併用し、エンドサイトーシスに関与する生体分子の動きとエンドサイトーシスピットの消失をナノスケールで捉えた。このような細胞骨格と、細胞表面形状の変化の相関性が評価されてきた。しかし、従来法ではシグナル伝達との関係を評価できない。
    そこで、本研究では、シグナル伝達を可視化するためFRETバイオセンサーを導入し、ナノスケールの形状測定とともに、ナノピペットから任意の位置に化学物質を投与可能なSICMと組み合わせて使用することで、局所的な刺激の印可と、シグナル伝達の可視化、さらに、そのシグナルにより生じる細胞のナノスケールの形状変化を捉える。具体的な応用として、神経細胞のカーゴ輸送、免疫シナプスの形成、一次繊毛の伸縮など局所刺激に伴うナノスケールの構造変化とシグナル伝達の関係を明らかとする。
    FRETとSICMの同時計測が可能なシステムの開発が順調に進んでいる。SCMOSで取得するのFRET画像を計測中に解析可能なプログラムが完成し、また、SCMOSカメラを搭載した倒立顕微鏡上でのSICMの計測にも成功している。
    上皮成長因子を上皮細胞にSICMのナノピペットから添加した際に生じる細胞のシグナル伝達の可視化を進めている。京都大学の松田道行先生からRaichuのFRETバイオセンサーの提供を受けて計測を進めている。このRaichuにより、葉状仮足や市場仮足の形成と密接に関係のあるRac1やCdc42の活性を捉え、その際に生じる構造変化をSICMにより捉える。

  5. 細胞増殖因子情報伝達系の活性波による細胞集団移動制御機構

    研究課題/研究課題番号:19H00993  2019年4月 - 2024年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    松田 道行, 高橋 康史, 廣田 圭昭, 平島 剛志

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    担当区分:研究分担者 

    申請者らはFRETバイオセンサーを使った研究により、上皮細胞増殖因子受容体(EGFR)を介したERKマップキナーゼの活性化が周辺の細胞に連鎖反応的に誘導されるERK活性波伝播現象を発見した。細胞集団運動時にはこのERK活性波が先導細胞から追随細胞へと伝播し、細胞運動の方向性を決定している。本研究では①細胞集団運動時のERK活性波と力学波の伝播様式の関係性の解明と数理モデル構築、②細胞膜形態変化の伝播様式のイオンコンダクタンス走査顕微鏡による解析、③細胞集団運動を司るEGFRリガンドの同定、④EGFRリガンドの拡散様式の解明、⑤生体内におけるERK活性波伝播現象の再現を行う。
    細胞集団運動は細胞間接着を保ったまま細胞が移動する現象で、その理解は組織発生、創傷治癒、癌細胞浸潤などを理解するうえで極めて重要である。細胞集団運動時には上皮細胞増殖因子受容体(EGFR)を介したERKマップキナーゼの活性化が先導する細胞から後方のの細胞へと連鎖反応的に誘導されるERK活性波伝播現象を発見している。2019年度の成果である目標1の研究テーマはすでに論文として発表した。2020年度は、目標3の細胞集団運動を制御するEGFRリガンドは何かについて主に研究を行った。まずMDCK細胞で発現しているEGFRリガンドを既知のRNA-SeqデータおよびqPCRにて探索した。その結果、EGF, HBEGF, TGFα, EREGの順に発現量が多いこと、それ以外の遺伝子の発現は検出できないことが判明した。そこで、この4種類のEGFRリガンドのノックアウト細胞株を樹立したが、ERK活性波伝播現象には影響を与えなかった。そこで、量の多い順からさらに遺伝子ノックアウトを行った。その結果、4種類をノックアウトして初めて、ERK活性波伝播現象が減弱し、これらのEGFRリガンドの重畳性が明らかになった。目標2については、細胞運動時の細胞膜の変化をSICMで観察するとともに、低分子量Gタンパク質Rac1との活性も観察する系を確立した。目標4については観察をすすめるためのEGFRリガンドプローブの作成を行った。すなわちEGF, TGFα, HBEGF, EREGの分子プローブを作成し、期待通りに細胞膜に発現すること、細胞外に分泌されること、の確認ができた。
    目標1-3まで想定通りに進んでいる。4つすべてのEGFRリガンドをノックアウトした細胞株を樹立し、現在、それぞれのEGFRリガンドの発現を戻すことで、個々のEGFRリガンドの性質の違いを明らかにしつつある。「走査型イオンコンダクタンス顕微鏡による観察」はデータを蓄積しつつあるところである。目標4「EGFRリガンドはどこまで拡散できるか?」については、4種類のEGFRリガンドの観察系が確立できたので、今後、データを蓄積する。なお、目標1についてはすでに論文発表した。
    予定通りに進行している。目標3のテーマについては論文投稿準備中である。目標2,4についても最終年度には論文発表できる見込みである。

  6. 半導体光触媒による水の4電子酸化反応:高効率な逐次物質変換のメカニズム

    研究課題/研究課題番号:19H00915  2019年4月 - 2022年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    大西 洋, 小堀 康博, 高橋 康史

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    担当区分:研究分担者 

    世界最高の量子収率で水を完全分解する半導体光触媒(NaTaO3とSrTiO3)は希薄な励起光フラックスのもとで水を酸素に変換する4電子酸化反応を完了する。この反応の中間体は光触媒表面に生成して自由な水に曝されるにもかかわらず、失活せずに反応を完了するのはどうしてだろうか? この問いに答えるために、光触媒と水の界面に生成する中間体と最終生成物(溶存酸素)の生成消滅を1 msの時間分解能で追跡する計測法を複数構築して、水から酸素にいたる逐次物質変換のメカニズムを解析する。異なる金属元素からなる二つの光触媒によるメカニズムから共通点を抽出して半導体光触媒を活性化する普遍的コンセプトを提案する。
    世界最高の量子収率で水を完全分解する半導体光触媒(NaTaO3とSrTiO3)は希薄な励起光フラックスのもとで水を酸素に変換する4電子酸化反応を完了する。この反応の中間体化学種は半導体光触媒の表面に生成して自由な水に曝されるにもかかわらず失活せずに酸化反応を完了できるのはなぜだろうか?
    この問いに答えるために、光触媒と水の界面に生成する中間体と最終生成物(溶存酸素)の生成消滅を1 msの時間分解能で追跡する計測法を構築し、紫外LED光のもとで進行する逐次物質変換を速度論的に解析する。異なる金属元素から構成される二つの光触媒(NaTaO3とSrTiO3)による反応メカニズムから共通点を抽出し、長寿命かつ反応活性な中間体をデザインするための普遍的なコンセプトの提案をめざす。
    3年計画の2年次となる2020年度は前年度までに構築した計測法を用いて、水中で紫外光励起した光触媒の計測評価を開始した。(1)人工光合成をおこなう光触媒が水を分解してつくる酸素(O2)を従来比1000倍の速度(時間分解能0.1 s)で検出することに成功した。マイクロ電極で測定した電流変化を、酸素拡散シミュレーションの結果と比較することで光触媒に紫外光を照射してから酸素が水中に放出されるまでに1-2秒のおくれがあることを明らかにした。これは従来のガスクロマトグラフを用いる酸素検出では決して観測することのできなかった新しい現象である。
    (2)水中においたNaTaO3光触媒に紫外光と赤外光を同時照射して電子励起状態の赤外吸収を測定した。伝導帯に励起された電子が周囲の結晶格子を歪めることで生じるポーラロンによる吸収バンドが1000-5000 cm-1に、荷電子帯に生じた正孔と格子歪みからなるポーラロンの吸収バンドが2000-6000 cm-1に現れた。
    (3)紫外光照射したNaTaO3光触媒の電子スピン共鳴スペクトルが、NaTaO3光触媒に0.1 wt%のNiO助触媒を加えることで減衰することがわかった。
    前年度(2019年度)発生した機器故障のために計画より遅れたスタートとなったが、幸いなことに、マイクロ電極による酸素高速検出と水中赤外分光の実験が予想よりも順調に進展したため、全体として計画にそって順調に進展していると判断した。
    最終年次となる2021年度は全体計画にそってNaTaO3とSrTiO3の共通点と相違点を抽出し、長寿命かつ反応活性な中間体をデザインするための普遍的なコンセプトの提案をめざして研究を続ける。

  7. タンタル酸ナトリウム光触媒のダイナミズム:世界最高収率を実現するしくみの解明

    研究課題/研究課題番号:16H02250  2016年4月 - 2019年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    大西 洋, 小堀 康博, 立川 貴士, 高橋 康史, ハンガラ スドラジャト, 安 龍杰, 周 以重, 小椋 拓也, 藤原 知也, 佐藤 孝賢, 手塚 裕也, 高坂 拓夢, 一國 伸之, 笹原 亮, ヴェル クリストフ, バベル サンジャ

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    担当区分:研究分担者 

    世界最高レベルの量子収率で水を水素と酸素に全分解するタンタル酸ナトリウム(NaTaO3)光触媒を対象に、金属カチオンドーピングが量子効率を向上させるしくみを解明した。ドーピングしたアルカリ土類金属カチオン(Sr2+, Ca2+, Ba2+)がペロブスカイト型結晶格子のAサイト(Na+カチオン)とBサイト(Ta5+カチオン)を同時置換してSr(Sr1/2Ta2/3)O-NaTaO3のような固溶体を生成する。さらに微粒子表面でドーピング濃度が上がる濃度傾斜が自然発生して、伝導帯にエネルギー傾斜をつくり、光励起した電子と正孔を空間的に分離することが、量子収率の鍵となることを提案した。
    太陽光による水素燃料合成(広い意味での人工光合成)の実用化をめざした光触媒材料の探索がすすみ、波長の短い紫外光をエネルギー源とする水素製造の効率は、半導体光触媒がはじめて開発された50年前には考えられなかったほど高い水準に到達した。この高効率を維持しつつ、より波長の長い太陽光で励起できる材料の開発が世界中で進められている。しかし、収率向上の学理はいまだ解明されておらず、指針のない状況での開発は試行錯誤の連続とならざるをえない。本研究の成果として提案した金属カチオンドーピングによる効率向上のしくみは、光触媒のサイエンスを一歩前進させるとともに、現在進行中の材料開発に指針を提供する意義をもつ。

  8. ナノ電気化学セル顕微鏡による界面反応計測

    研究課題/研究課題番号:16H00885  2016年4月 - 2018年3月

    科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    高橋 康史

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:5980000円 ( 直接経費:4600000円 、 間接経費:1380000円 )

    畜電池の高速充放電の実現には、電池材料の反応メカニズムの詳細な理解が求められている。放射光技術によるオペランド計測がこのような充放電過程における準安定構造の存在を証明したが、これらの影響と電池特性を結びつけるには、通常の電気化学計測法では時空間分解が課題である。これまで開発してきたナノ電気化学セル顕微鏡(NanoSECCM)は、ナノピペットを利用して電池構造をナノ空間で再現し、イオンの挿入脱離に伴う電流を測定する。本手法を用いて、これまで得ることのできなかった高速充放電中に生じる固/液界面、固/固界面での変化を理解する。本年度は、サイクル特性向上のために、コバルト酸リチウム(LCO)表面に形成したZrO2の酸化物層の被覆形態と電気化学特性の関係をSECCMにより評価した。LCO薄膜電池上に、ZrO2の酸化物層をパルスレーザーデポジション法(PLD)により形成した。ZrO2の厚みは、PLDの成膜時間により調整した。未被覆、30秒被覆、180秒ZrO2をそれぞれ製膜したでLCO薄膜電池に関して、SECCMイメージングを行った。レート特性とサイクル特性に優れたZrO2の30秒被覆の試料において、電気化学イメージングを行うと、未被覆と180秒被覆では見られなかった島状の不均一な電流イメージを得ることができた。これは、ZrO2の厚さに不均一性があり、島状に電流応答の低い部分が見られたと考えられる。このZrO2が厚い領域では、LCO表面をZrO2がしっかり保護することでサイクル特性を良好に保つことができたと考えられる。一方、ZrO2の薄い部分が存在することで、レート特性をある程度維持できていたものと考えられる。このようにこれまで可視化することができなかった酸化物層による電池表面の不均一性をSECCMにより可視化することに成功した。
    29年度が最終年度であるため、記入しない。
    29年度が最終年度であるため、記入しない。

  9. 界面イオン伝導顕微鏡の創成

    研究課題/研究課題番号:15H05422  2015年4月 - 2019年3月

    科学研究費助成事業  若手研究(A)

    高橋 康史

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:23790000円 ( 直接経費:18300000円 、 間接経費:5490000円 )

    蓄電池の理論容量と実容量のギャップを埋めるには、電極表面で生じる反応をその場でイメージとして計測する必要がある。そこで、独自に開発を行ってきた界面イオン伝導顕微鏡(走査型電気化学セル顕微鏡(SECCM)と改名)を用いて、実電池材料表面での反応性の不均一性の可視化と、結晶レベル(粒界や結晶面)での蓄電性能の定量評価を行う。これにより、電池の高出力化に不可欠な材料表面での反応性の不均一性形成のメカニズムの解明に取り組んだ。具体的には、SECCMの高機能・多機能化、グローブボックス内へのSECCMの配置と負極材料の評価、酸化物薄膜による正極材料表面の修飾効果を検討した。
    蓄電池の電気化学計測は、サイクリックボルタンメトリー(CV)やインピーダンス計測が一般的に用いられてきたが、本研究で開発したSECCMは、その場で反応性を電流イメージとして取得することが可能である。また、ナノスケールの電気化学セルを用いることで、容量電流の影響を劇的に抑え、これまで評価が困難であった100 V/sを超える高速CVを実現した。このSECCMの高感度化・多機能化により、各点でCVや充放電特性を取得することや、グローブボックス内での蓄電池の評価、さらに、実際に蓄電池のサイクル特性を向上させるために行われているZrO2の薄膜修飾と表面の反応性の関係を明らかにすることができた。

  10. “リチウムプローブ”によるイオン伝導度イメージング

    研究課題/研究課題番号:15K13263  2015年4月 - 2017年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的萌芽研究

    高橋 康史

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4030000円 ( 直接経費:3100000円 、 間接経費:930000円 )

    正極材料/全固体電池での界面抵抗の解明を目的としたイオン伝導度のイメージング、充放電特性、サイクル特性の評価を行う。本研究では、電気化学シグナルを利用したポジショニング技術、ナノスケールの電気化学計測に特有の高速・高感度な電気化学計測の原理、0.2 pAの低ノイズ計測を実現する独自の電気化学計測システムなど、申請者が開発したシステムをベースし、そのシステムの改良を行った。従来の大気環境だけでなくグローブボックス内での計測が可能なシステムの開発、固体電解質プローブの開発、電子伝導度・イオン伝導度同時イメージングに向けたプローブの開発、イメージングの解像度の向上を図った。

  11. 生体組織の革新的バイオイメージングに向けた電気化学デバイスの開発

    研究課題/研究課題番号:25248032  2013年5月 - 2016年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    末永 智一, 伊野 浩介, 高橋 康史, RAMON Javier, 珠玖 仁, 井上 久美

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    担当区分:研究分担者 

    本研究では、生体組織の活性を可視化できる2種のタイプの電気化学デバイスを開発した。一方のデバイスはバイオLSIであり、集積回路が組み込まれてバイオ計測に特化したチップ型デバイスである。他方は、局所的なレッドクスサイクルを利用したデバイス(LRC-EC)である.このデバイスには,電気化学応答を検出するための多数のスイッチングセンサが集積化されている。これらの電気化学デバイスを用いて、呼吸活性や細胞分泌物質の評価、細胞分化状態の可視化を実現した。

  12. ナノ電気化学顕微鏡を用いた膜輸送のリアルタイム計測

    研究課題/研究課題番号:24710140  2012年4月 - 2014年3月

    科学研究費助成事業  若手研究(B)

    高橋 康史

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4940000円 ( 直接経費:3800000円 、 間接経費:1140000円 )

    生細胞の界面で生じる膜輸送のメカニズムの解明は、生物学的な知見にとどまらず、ドラックデリバリーや遺伝子導入の高効率化への付与が期待できる。本研究では、ダイナミックに起こる膜輸送を、ナノ電極(半径10-100 nm)をセンサーとして、電流値の変化として捉えた。電気化学測定は、化学物質の拡散現象を定量的に捉えるため、固液界面の物質輸送の評価に大変有効であり、ナノ電極と電極の細胞表面でのポジショニングシステムの開発より、細胞膜界面の輸送過程の定量評価およびタイムラプスイメージングを行った。

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産業財産権 2

  1. 成膜装置一体型顕微鏡

    高橋 康史, 鯉沼 秀臣, 佐藤 利弘, 松木 伸行

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    出願人:国立大学法人金沢大学

    出願番号:特願2020-093058  出願日:2020年5月

    公開番号:特開2021-188987  公開日:2021年12月

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  2. 走査型プローブ顕微鏡及びその制御方法

    高▼橋 康史

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    出願人:国立大学法人金沢大学

    出願番号:特願2016-188803  出願日:2016年9月

    公開番号:特開2018-054385  公開日:2018年4月

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