2025/06/13 更新

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カワイ タカユキ
川井 隆之
KAWAI TAKAYUKI
所属
理学研究院 化学部門 准教授
理学部 化学科(併任)
理学府 化学専攻(併任)
職名
准教授
プロフィール
私は主にキャピラリー電気泳動・微小流体デバイス・質量分析などの様々な分析プラットフォームを用い、世界最高感度の生体分析技術を開発してきました。さらに試料採取も含めた分析システム全体を、工学的な見地から新しくデザインすることで、 一細胞レベルの極微量の生体試料から網羅的な分子プロファイルを取得する「微量オミックス分析システム」を世界に先駆けて開発しています。この技術により、 複雑な生命システムがどのような分子機序によって制御されているかを解明し、重要な生命機能の本質に迫ることを目指しています。一方で、がんや認知症などの疾患は私たちヒトの生命機能に異常が生じて引き起こされます。 私たちが開発した最先端の分析技術を医療・創薬研究へ応用し、新しい診断・治療法の開発を後押しすることで、人々がより健康に長生きできる社会の実現に貢献していくことも重要なミッションです。 これまで誰も測定できなかった生体分子を検出するための新技術を自らの手で設計・開発し、新しい生命現象を発見する、そして社会の役に立つ共同研究へと繋げていく、このような研究開発を皆様と一緒に進めていきたいと思っております。

研究分野

  • ナノテク・材料 / ナノマイクロシステム

  • ナノテク・材料 / ナノバイオサイエンス

  • ナノテク・材料 / 分析化学

  • ライフサイエンス / 薬系分析、物理化学

学位

  • 工学博士 (京都大学)

経歴

  • 京都大学 (JSPS特別研究員 DC1) 産業技術総合研究所 (特別研究員) 名古屋大学 (JSPS特別研究員 PD) 理化学研究所 (研究員・基礎科学特別研究員) 科学技術振興機構 (さきがけ研究者)   

学歴

  • 京都大学   大学院工学研究科  

    2007年4月 - 2012年3月

  • 東京大学   農学部  

    2002年4月 - 2006年3月

研究テーマ・研究キーワード

  • 研究テーマ: 微量生体分析技術の開発と応用

    研究キーワード: キャピラリー電気泳動,質量分析,微小流体デバイス,網羅解析,一細胞,一分子

    研究期間: 2021年1月

受賞

  • バイオインダストリー奨励賞

    2024年10月   (一財) バイオインダストリー協会   次世代創薬を加速する超高感度キャピラリー電気泳動分析技術の開発

    川井 隆之

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    2017 年に (一財) バイオインダストリー協会が 30 周年を迎えたのを機に、次の 30 年を見据えて "最先端の研究が世界を創る-バイオテクノロジーの新時代-" をスローガンとして、バイオインダストリー大賞と共に設立されたものです。「奨励賞」は、バイオサイエンス、バイオテクノロジーに関連する応用を指向した研究に携わる有望な若手研究者に与えられます。

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  • 文部科学大臣表彰 若手科学者賞

    2022年4月   文部科学省   革新的電気泳動技術に基づく超高感度バイオ分析研究

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    質量分析技術の発展により網羅的なバイオ分析が一般化されつつあるが、一細胞レベルの網羅分析に必要な感度を持つ汎用的な手法は存在せず、複雑な細胞ネットワークの中で生体分子や薬剤がどのように機能しているかは未解明であった。
    氏は、分子を精密に制御可能な革新的な電気泳動技術を新開発し、試料を濃縮することで超高感度なバイオ分析を実現することを着想した。従来の電気泳動法は濃縮効率が悪く、また制限も多くバイオ分析には不向きだったが、独自の二重濃縮技術を新開発することでzmol (10-21 mol) レベルの超高感度を実現した。
    本研究成果は、生体分子や薬剤の動態を一細胞レベルの微小スケールで評価することを可能にし、医療・創薬を含む幅広い生命科学領域の発展に貢献できると期待される。

  • 奨励賞 (服部賞)

    2021年7月   日本電気泳動学会   革新的オンライン試料濃縮技術に基づく超高感度キャピラリー電気泳動法の開発と応用

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    「革新的オンライン試料濃縮技術に基づく超高感度キャピラリー電気泳動法の開発と応用」という業績名において第22回電気泳動学会服部賞(奨励賞)を受賞した。

  • 奨励賞

    2017年9月   日本分析化学会   オンライン試料濃縮法を駆使した簡便かつ高感度なミクロスケール電気泳動システムの創出

  • 奨励賞

    2016年11月   クロマトグラフィー科学会   簡便かつ高性能なミクロスケール分析システムの開発

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論文

  • Online desalting of glycans labeled with 8-aminopyrene-1,3,6-trisulfonic acid via capillary electrophoresis 査読

    Chenchen Liu, Takayuki Kawai

    Talanta   296   128429   2025年6月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.talanta.2025.128429

  • キャピラリー電気泳動-質量分析による微量生体分子計測の動向

    川井 隆之

    日本薬理学雑誌   159 ( 5 )   321 - 326   2024年9月   ISSN:00155691 eISSN:13478397

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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>近年,一細胞トランスクリプトーム分析法を始め様々な微量バイオ分析法が開発されているが,試料体積およびそこに含まれる生体分子の量が極めて限られることから,単一細胞解析には非常に高いレベルの分析技術が要求される.分析システムの設計においては,試料ロスを最小化した前処理プロトコルと高感度な検出系を統合する必要があり,生体由来の多様な混合物を解析する上で特に分離分析が非常に重要である.キャピラリー電気泳動(CE)は,nLスケールの溶液中の生体分子を高分解能で分離できるため,単一細胞などの微量サンプルに適しており,高感度なナノエレクトロスプレーイオン化質量分析と組み合わせることで,nMからサブnMレベルの生体分子を検出できる.さらにオンライン試料濃縮技術を利用することで,数千倍以上の高感度化が可能である.本論文では,一細胞分析を中心に,これまでに報告されてきたCE-MSによる代謝物,タンパク質などの微量分析に関する研究を要約して報告する.</p>

    DOI: 10.1254/fpj.24036

    Scopus

    PubMed

    CiNii Research

  • Highly sensitive two-dimensional profiling of N-linked glycans by hydrophilic interaction liquid chromatography and dual stacking capillary gel electrophoresis 査読

    Miki, T; Yamamoto, S; Liu, CC; Torikai, K; Kinoshita, M; Matsumori, N; Kawai, T

    ANALYTICA CHIMICA ACTA   1320   342990 - 342990   2024年9月   ISSN:0003-2670 eISSN:1873-4324

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    担当区分:最終著者, 責任著者   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  

    Background: N-Glycosylation is one of the most important post-translational modifications in proteins. As the N-glycan profiles in biological samples are diverse and change according to the pathological condition, various profiling methods have been developed, such as liquid chromatography (LC), capillary electrophoresis (CE), and mass spectrometry. However, conventional analytical methods have limitations in sensitivity and/or resolution, hindering the discovery of minor but specific N-glycans that are important both in the basic glycobiology research and in the medical application as biomarkers. Therefore, a highly sensitive and high-resolution N-glycan profiling method is required. Results: In this study, we developed a novel two-dimensional (2D) separation system, which couples hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) with capillary gel electrophoresis (CGE) via large-volume dual preconcentration by isotachophoresis and stacking (LDIS). Owing to the efficient preconcentration efficiency of LDIS, limit of detection reached 12 pM (60 amol, S/N = 3) with good calibration curve linearity (R2 > 0.999) in the 2D analysis of maltoheptaose. Finally, 2D profiling of N-glycans obtained from standard glycoproteins and cell lysates were demonstrated. High-resolution 2D profiles were successfully obtained by data alignment using triple internal standards. N-glycans were well distributed on the HILIC/CGE 2D plane based on the glycan size, number of sialic acids, linkage type, and so on. As a result, specific minor glycans were successfully identified in HepG2 and HeLa cell lysates. Significance and novelty: In conclusion, the HILIC/CGE 2D analysis method showed sufficient sensitivity and resolution for identifying minor but specific N-glycans from complicated cellular samples, indicating the potential as a next-generation N-glycomics tool. Our novel approach for coupling LC and CE can also dramatically improve the sensitivity in other separation modes, which can be a new standard of 2D bioanalysis applicable not only to glycans, but also to other diverse biomolecules such as metabolites, proteins, and nucleic acids.

    DOI: 10.1016/j.aca.2024.342990

    Web of Science

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  • Application of on-line sample preconcentration by large-volume dual preconcentration by isotachophoresis and stacking (LDIS) on straight-channel microchips 国際誌

    Kitagawa, F; Takahashi, K; Osanai, R; Sasaki, R; Kawai, T

    ANALYTICAL SCIENCES   40 ( 9 )   1611 - 1617   2024年9月   ISSN:0910-6340 eISSN:1348-2246

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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  

    In this study, large-volume dual preconcentration by isotachophoresis and stacking (LDIS) which is an on-line sample preconcentration technique coupling large-volume sample stacking with an electroosmotic flow pump (LVSEP) with transient isotachophoresis (tITP) was applied to microchip electrophoresis (MCE) for improving both detection sensitivities and peak shapes. To realize LDIS in MCE, we investigated experimental procedures for injecting a short plug of a leading electrolyte (LE) solution into a straight microchannel without any sophisticated injector apparatus. We found that a short LE plug could be injected into a sample-filled straight-channel only by making the liquid level of the LE solution in an outlet reservoir higher than that in an inlet one. By applying a reversed-polarity voltage to the microchip, anionic analytes injected throughout the microchannel were first enriched by LVSEP, followed by tITP. Through the second preconcentration effect by tITP in LDIS, sensitivity enhancement factor (SEF) and asymmetry factor for a standard dye were improved from 878 and 0.62 to 1330 and 1.14, respectively, relative to those in conventional LVSEP. It should be noted that more viscous running buffer containing sieving polymers could be employed to the LDIS analysis, which was effective for improving the SEF and the separation efficiencies, especially for bio-polymeric compounds. Finally, LDIS was applied to the oligosaccharide and protein analyses in MCE, resulting in the SEFs of 1410 and ca. 50 for maltotriose and bovine milk casein, respectively. Graphical Abstract: (Figure presented.)

    DOI: 10.1007/s44211-024-00597-5

    Web of Science

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  • Effect of Methanol and Polymer Additives on Large-Volume Dual Preconcentration by Isotachophoresis and Stacking (LDIS) in Straight-Microchannels

    KITAGAWA Fumihiko, KUDO Ayaka, KAWAI Takayuki

    CHROMATOGRAPHY   advpub ( 0 )   2024年8月   ISSN:13428284 eISSN:13483315

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    記述言語:英語   出版者・発行元:クロマトグラフィー科学会  

    <p>In our previous study, we found that the combination of large-volume sample stacking with an electroosmotic flow pump (LVSEP) and transient isotachophoresis (tITP), which named large volume dual preconcentration by isotachophoresis and stacking (LDIS), was successfully applied to microchip electrophoresis (MCE). In MCE-LDIS, highly viscous background electrolytes (BGEs) containing sieving polymers such as hydroxypropyl(methyl cellulose) (HPMC) could be employed, which should be effective for concentrating and separating especially for bio-polymeric compounds such as proteins and glycans. To adjust both enrichment efficiencies and resolutions in MCE-LDIS, in this study, the effects of methanol and HPMC additives in the BGE were investigated. In the BGE containing no HPMC, the peak height of a standard dye was increased upon increasing the methanol contents from 0 to 20%, while from 20 to 60% that gradually became smaller. Since the viscosity of water was increased by the addition of 20% methanol from 1.0 to 1.6 cP, the band broadening of the focused analytes would be suppressed, improving the sensitivity enhancement factor (SEF) from 1550 to 8250. Furthermore, the use of the BGE containing both 10% methanol and 1.5% HPMC in LDIS gave the best SEF of 18300 for the standard dye. Addition of methanol and HPMC was also effective for the separation of oligosaccharides, improving the resolutions from 0.85~1.25 to 1.56~1.73. It was revealed that, therefore, methanol and polymer additives were quite important factor for adjusting both SEFs and resolutions in MCE-LDIS.</p>

    DOI: 10.15583/jpchrom.2024.013

    CiNii Research

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書籍等出版物

  • CE-MS Approaches for Single Cell Metabolomics in a Book "Capillary Electrophoresis - Mass Spectrometry for Proteomics and Metabolomics: Principles and Applications"

    川井 隆之

    Wiley  2022年    ISBN:9783527349210

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    総ページ数:400  

    CiNii Research

  • Free d-Aspartate in Nonmammalian Animals: Detection, Localization, Metabolism, and Function

    Amit V. Patel, Takayuki Kawai, Stanislav S. Rubakhin, Jonathan V. Sweedler

    Springer  2016年8月 

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    記述言語:その他  

    Free d-Aspartate in Nonmammalian Animals: Detection, Localization, Metabolism, and Function

  • 食のバイオ計測の最前線―機能解析と安全・安心の計測を目指して―

    北川 文彦, 川井 隆之, 大塚 浩二(担当:共著)

    CMC出版  2011年5月 

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    担当ページ:総ページ数:277   記述言語:日本語  

    Frontier of Biomeasurement in Food Sciences ―Analysis of Function and Measurement with Accountability and Reliability

講演・口頭発表等

  • 超高感度・極微量分析技術が切り拓く次世代創薬研究 招待

    川井 隆之

    徳島大学大学院医歯薬学研究部 DDS研究センター 2024年度 第2回シンポジウム  2025年1月 

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    開催年月日: 2025年1月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  • 超高感度糖鎖分析法の開発(仮題) 招待

    川井 隆之

    第47回 日本分子生物学会年会@福岡国際会議場  2024年11月 

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    開催年月日: 2024年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:福岡国際会議場   国名:日本国  

  • サブセルラー質量分析技術が切り拓く生体膜研究 招待

    川井 隆之

    日本膜学会第45年会・膜シンポジウム2023合同大会  2023年11月 

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:早稲田大学リサーチイノベーションセンター   国名:日本国  

  • 超高感度CE-MS分析法による脳分子探査 招待

    川井 隆之

    第96回日本生化学会大会  2023年11月 

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:福岡国際会議場   国名:日本国  

  • Ultra-sensitive Bioanalysis by Dual-Stacking Capillary Electrophoresis 招待 国際会議

    Takayuki Kawai

    19th Asia-Pacific International Symposium on Microscale Separations and Analysis 2023 (APCE 2023)  2023年10月 

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    開催年月日: 2023年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:Kuala Lumpur, Malaysia   国名:日本国  

    Capillary electrophoresis (CE) is an efficient separation technique for biomolecules, however, concentration sensitivity is usually very low because the sample injection volume is quite limited (~nL). To address this issue, online sample preconcentration (OSP) methods have been developed. However, OSP methods often provide only 100-fold or poorer sensitivity improvement in exchange for the loss of resolution, requiring cumbersome optimization for each type of sample. Thus, it is rare to use OSP methods for routine CE bioanalysis. Here, we developed two types of novel OPS methods, large-volume dual preconcentration by isotachophoresis and stacking (LDIS) and large-volume dual preconcentration by micelle collapse and sweeping (LDMS). LDIS was designed for the analysis of charged molecules, which was firstly applied to N-linked glycans. Owing to the dual stacking mechanism, 2,000-fold sensitivity improvement was achieved without losing the resolution at all. Finally, the around 40 glycans were successfully profiled from quite limited number of cells (~100). LDIS was also applied to metabolome analysis. Single HeLa cells were collected by micro-manipulation and analysed by LDIS-CE-mass spectrometry (MS). Forty metabolites were profiled from a single HeLa cell and limit of detection of 450 fM (10–15 M, S/N = 3) was achieved. LDMS was designed for uncharged hydrophobic compounds like drugs. DXd, an efficient anti-cancer payload, was extracted from a tissue slice and analysed by LDMS-CE-MS using sodium dodecyl sulfate micelle as pseudo-stationary phase. DXd was trapped by the micelle and eluted by acetonitrile-induced micelle collapse, resulting in 1,000-fold preconcentration and limit of quantification of 420 fM (S/N = 10). Since the hydrophilic metabolites were not trapped by the micelle, DXd was separated from the cellular contaminants, and attomole-level of DXd was successfully quantified from tissue microsections,

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MISC

  • 超高感度質量分析技術が切り拓くミクロスケール薬物動態研究 査読

    川井 隆之

    膜   2024年3月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)  

  • 超高感度キャピラリー電気泳動による微量バイオ分析法の開発

    川井 隆之

    分析化学   72 ( 9 )   349 - 355   2023年9月   ISSN:0525-1931

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(公社)日本分析化学会  

    キャピラリー電気泳動(CE)は高効率な分離法であり,レーザー励起蛍光や質量分析などの高感度検出法と組み合わせることで,nLオーダーの試料溶液に含まれるzmolレベルの生体分子を検出できる.しかし一般的な生体試料の分析では,前処理においてμLオーダーの溶液を調製する必要があり,nLオーダーの試料しか注入できないCEではほとんどの溶液を無駄にしてしまい,CEの分析性能を活かすことができない.そこで著者は,CEにおいてμLオーダーの大量の試料を導入できる新規二重オンライン試料濃縮法を開発し,生体分子や薬剤などを対象に1000倍前後の濃縮を実現してきた.これらの濃縮法を用いることで,1~100細胞程度の培養細胞や組織切片に含まれる糖鎖・代謝物・薬剤などを分析することに成功した.本論文ではこれらの研究成果について紹介する.(著者抄録)

  • マイクロ流路残留圧力を利用したゲルキャスティング

    田中信行, 森口裕之, 佐藤麻子, 川井隆之, 田中陽

    化学とマイクロ・ナノシステム学会研究会講演要旨集   2015年11月

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    記述言語:日本語  

    マイクロ流路残留圧力を利用したゲルキャスティング

  • 酸素プラズマパターニングを利用したシンプルなPDMSバルブの開発

    森口裕之, 川井隆之, 神田元紀, 山田陸裕, 上田泰己, 田中陽

    化学とマイクロ・ナノシステム学会研究会講演要旨集   2014年10月

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    記述言語:日本語  

    酸素プラズマパターニングを利用したシンプルなPDMSバルブの開発

産業財産権

特許権   出願件数: 3件   登録件数: 1件
実用新案権   出願件数: 0件   登録件数: 0件
意匠権   出願件数: 0件   登録件数: 0件
商標権   出願件数: 0件   登録件数: 0件

所属学協会

  • クロマトグラフィー科学会

  • 化学とマイクロ・ナノシステム学会

  • 日本分析化学会

  • 日本化学会

  • 日本電気泳動学会

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委員歴

  • 日本分析化学会 近畿支部   常任幹事   国内

    2020年4月 - 2020年12月   

  • 日本電気泳動学会   評議員   国内

    2019年7月 - 現在   

  • 日本分析化学会 近畿支部   幹事   国内

    2015年4月 - 2020年3月   

学術貢献活動

  • 第62回 化学関連支部合同九州大会 実行委員

    役割:企画立案・運営等

    椿 俊太郎  2025年7月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • 第74回日本電気泳動学会シンポジウム 世話人 (実行委員長)

    川井 隆之  ( Web Japan ) 2024年9月

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    種別:大会・シンポジウム等 

  • Analytical Sciences Associate Editor 国際学術貢献

    2022年3月 - 2026年3月

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    種別:学会・研究会等 

  • 第42回キャピラリー電気泳動シンポジウム 実行委員

    加地 範匡  ( 福岡 ) 2021年12月

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    種別:大会・シンポジウム等 

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 臨床検査応用に向けた超高感度CE-MSメタボローム分析法の開発

    2024年

    日本医療研究開発機構 (AMED) 橋渡し研究プログラム シーズH

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    担当区分:研究代表者  資金種別:受託研究

  • 超高感度キャピラリー電気泳動技術を基盤とした次世代グライコシーケンサーの開発

    研究課題/領域番号:23H02623  2023年 - 2026年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • 超高感度 CE-MS 薬物動態解析に基づくドラッグデリバリー創薬支援事業

    2023年

    九州大学 ギャップファンド

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    担当区分:研究代表者  資金種別:学内資金・基金等

  • 生体膜ナノ構造の可視化と脂質網羅分析のための統合ナノ分析システム

    研究課題/領域番号:22K18950  2022年 - 2023年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

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    担当区分:研究代表者  資金種別:科研費

  • 超高感度キャピラリー電気泳動法を用いた受託分析サービスとその多角展開

    2022年

    日本科学技術振興機構 (JST) 研究成果展開事業 大学発新産業創出プログラム (START) 大学・エコシステム推進型 スタートアップ・エコシステム形成支援 (PARKS)

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    担当区分:研究代表者  資金種別:受託研究

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教育活動概要

  • 学部・大学院における講義・実習等を担当する。また生体分析化学研究室において化学特別研究の指導を実施する。その他,各種委員等の役割を担う。

担当授業科目

  • 分析化学実験

    2025年10月 - 2025年11月   後期

  • 分析化学特論IIB

    2025年6月 - 2025年8月   夏学期

  • 国際化学特論III

    2025年6月 - 2025年8月   夏学期

  • 分析化学I

    2025年4月 - 2025年8月   前期

  • 自然科学総合実験

    2024年10月 - 2025年3月   後期

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指導学生の受賞

  • ポスター賞

    授与年月:2024年12月

    受賞学生の区分:修士   受賞学生氏名:山下 愛斗

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  • ポスター賞

    授与年月:2024年12月

    受賞学生の区分:修士   受賞学生氏名:何 甦恩

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  • 優秀講演賞

    授与年月:2024年10月

    受賞学生の区分:修士   受賞学生氏名:猪狩 世玲菜

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  • ポスター賞

    授与年月:2024年10月

    受賞学生の区分:修士   受賞学生氏名:Haotian Rong

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  • ポスター賞

    授与年月:2024年9月

    受賞学生の区分:修士   受賞学生氏名:猪狩 世玲菜

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大学全体における各種委員・役職等

  • 2025年5月 - 2027年3月   QFC-SP担当教員

その他部局等における各種委員・役職等

  • 2024年4月 - 2026年3月   部門 談話会担当教員

  • 2022年4月 - 2024年3月   学部 情報推進委員会

  • 2021年10月 - 2026年3月   専攻 JST次世代研究者挑戦的研究プログラム担当教員

  • 2021年7月 - 2022年6月   学部 留学生担当教員