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目次

●序論に代えて●執筆者一覧●生物とその機能モデルキーワード序論バイオミメティックス—技術移転法に関する序論アイデアをめぐらせるバイオミメティックスマップＴＲＩＺの自然への応用総論基礎編第１章　形と構造第１節　生物における形の階層性生物体にみられる階層構造形づくりの現場から設計図を切り離す設計図の働き形は自己構築によってできる第２節　自己組織化の基礎自己組織化と構造形成沈殿パターンと結晶成長リミットサイクルと生物時計不安定現象とその数理情報の縮約第３節　自己再生と自己修復組織再生とバイオマテリアルコラーゲン再生とコラーゲン修復修復と細胞外マトリックス修復とサイトカイン，成長因子組織修復促進材としてのコラーゲン組換えコラーゲンコラーゲンと成長因子第４節　生物時計生物時計の機能生物時計の構造リズム発振機構第５節　バイオミネラリゼーションからバイオミメティックスへバイオミネラリゼーションバイオミメティックスバイオミメティックスへの将来のアプローチ第６節　タンパク質の自己集合タンパク質のドメイン構造ドメイン構造とサブユニットタンパク質構造の多様性安定な集合体と制御型集合体サブユニット間相互作用タンパク質集合体の対称性球殻構造の形成と超分子バクテリオファージにみる超分子複合体の分子集合タンパク質の集合と疾患まとめと今後の展望第７節　化学と生物学におけるパターンと波生体システムに対するバイオミメティックなアプローチ伝搬する円環波とスパイラル波チューリングパターン非拡散輸送カップルした化学反応がつくる自己組織化構造第８節　インテリジェント材料のバイオミメティックス定義インテリジェントな生体模倣第２章　情報第１節生命の起源とインフォメーション生成起源にかかわる事実問題熱力学第一法則から起源へエネルギー分布緩和と温度緩和温度緩和がもたらす化学進化温度緩和がもたらすダーウィン進化第２節脳のカオスと情報処理脳の活動の力学的自由度はいかにして下がるか—神経回路モデルのカオス脳のカオスカオスと脳の記憶機能とのかかわり第３節　生体システム論の基礎生物の複雑さについて生き生きとしている現象秩序と乱れ自己組織力オス生命—生命とは何か第４節　遺伝子機構の応用—遺伝的アルゴリズム遺伝的アルゴリズム遺伝子型と表現型遺伝的アルゴリズムの研究と進化遺伝的アルゴリズムの応用第５節　生体情報計測：バイオセンサ酵素センサ：ｅｎｚｙｍｅ−ｂａｓｅｄ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ微生物センサ：ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｓｅｎｓｏｒ免疫センサ注目されるバイオセンサ：ＤＮＡセンサとＮＯセンサ第３章　輸送現象第１節　生体系における熱移動生体における熱収支および体温生体組織内の熱移動温熱環境における人体の熱的モデル第２節　生体系における物質移動生体内における物質移動モデル臨床への応用第３節　バイオレオロジー微小循環系のバイオレオロジー：血流抵抗血管のバイオレオロジー：血管壁の構成と弾性特性血管内皮細胞のバイオレオロジー臨床バイオレオロジー：血流とアテローム性動脈硬化症第４章　生体エネルギー論第１節　呼吸生理—ヒト気体（ガス）の物理的側面呼吸器の構造と機能換気と肺胞でのガス交換肺循環酸素および二酸化炭素の輸送と酸‐塩基平衡調節呼吸の調節第２節　魚類の鰓呼吸魚類の鰓の形態学魚類の鰓の生理学第３節　代謝肝構成細胞の分離法立体培養の基本的ストラテジー肝細胞の立体培養スフェロイドの肝特異機能人工肝臓の代謝モジュールとしての利用第４節　排泄排泄の定義と腎臓腎臓の構造と機能腎におけるエネルギー代謝第５節　分子モーターによる化学−力学エネルギー変換ＡＴＰ加水分解と力学過程の共役アクトミオシンＡＴＰ加水分解ミオシンとアクチンの相互作用第６節　光合成の電子移動とエネルギー変換進化する電子デバイス生体エネルギー変換光合成に働く機能分子（色素）の構造と機能細菌型光合成の構造と機能植物とシアノバクテリアの酸素発生型光合成タンパク質内の電子移動のメカニズム光エネルギーを確保するアンテナ色素バイオミメティックス第７節　光合成反応の光化学初期過程光合成の素過程をいかにして追跡するか—フェムト秒時間分解蛍光分光法光合成反応中心における量子化連鎖反応光合成反応中心におけるカロテノイドの励起緩和と励起移動機能応用編第１章　分子とその集合体第１節　化学振動と情報伝達ベローゾフ・ジャボチンスキー反応数理モデル化学振動を利用した情報伝達と情報処理今後の課題第２節　核酸塩基の低次元自己組織化核酸塩基分子自己組織化のＳＴＭ観察分子の表面拡散—時間依存性および低温観察塩基分子間の水素結合超構造形成メカニズム—アデニン分子の場合超構造形成メカニズム—ウラシル分子の場合超構造の人為的制御—特定個所での構造創成第３節　ＤＮＡコンピューティングＤＮＡデジタル計算自律的分子計算ＤＮＡ計算の応用第４節　タンパク質の結晶化タンパク質分子の特徴タンパク質の溶解度結晶成長速度成長機構結晶化したタンパク質は変質していないかタンパク質の結晶化の実際第５節　人工機能タンパク質非天然アミノ酸の導入によるタンパク質機能の有機化学的拡張非天然アミノ酸のタンパク質への部位特異的導入—アミノ酸の拡張とコドンの拡張ストレプトアビジン中での光誘起電子移動—電子移動の距離依存性アンスリルアラニンを導入したシトクロムｂ５アンスラキノニル基を導入したＤＮＡ結合タンパク質によるＤＮＡの光切断抗原抗体反応の光可逆制御緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）の蛍光色の改変第６節人工制限酵素遺伝工学における制限酵素の役割なぜ人工制限酵素が必要なのか人工制限酵素の分子設計核酸を加水分解する触媒の開発人工制限酵素の構築第２章　生体膜と細胞第１節生体膜の物理化学的性質と物質輸送分子集合体としての生体膜生体膜の物質輸送“生きている状態”と生体膜の物質輸送第２節人工膜の物理化学的性質と物質輸送非平衡の熱力学に基づく現象論方程式中性物質の透過電解質の透過チャネル内のイオンの輸送第３節　人工膜のパターン形成と環境蛍光顕微鏡による気液界面単分子膜のその場観察単分子膜—高分子コンプレックスにおける相分離制御分子認識に誘発された結晶クラスター形成蛍光顕微鏡による形態観察のセンサ設計への応用第４節　アフィニティ膜アフィニティ分離用の既製膜の改良集積アフィニティ膜形成第５節　抗原に応答する抗体—サイトカインキメラレセプター抗体ＦｖとＥＰＯＲのキメラレセプターの構築キメラレセプターを導入したＢａ／Ｆ３細胞キメラレセプターを導入した３２Ｄ細胞第６節　タンパク質の細胞内取込みとｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ　ｔｒａｆｆｉｃｋｉｎｇ生理活性タンパク質の生体内挙動ｔｏｘｉｎ軸の細胞内挙動細胞内挙動の制御とデリバリーへの応用第７節　細胞モデルの構築細胞モデルとは微小管成長によるリポソームの形態制御アクチン線推形成によるリポソームの変形人工細胞への挑戟第８節　細胞における受容体シンクロナイゼーション生体の分子シンクロナイゼーションシステムに学ぶ材料システムの設計とは細胞受容体（レセプター）の分子シンクロナイゼーションを制御する材料分子シンクロ型肝細胞特異的接着材料の応用による細胞機能の制御今後の課題第９節　磁性細菌磁性細菌による磁気微粒子の合成敵性細菌の分離とキャラクタリゼーション磁性細菌粒子合成に関与する遺伝子の探索磁性細菌粒子の合成機構磁性細菌粒子の工学的利用第１０節　細胞の電気刺激応答定電位制御での細胞培養低周波交流電場による細胞分化の誘導低周波交流電場による遺伝情報発現プロセスの活性化電気刺激応答細胞の創出新しい細胞工学の展望第１１節　ｉｎ　ｖｉｔｒｏ自己増殖系生物の自己増殖とはＲＮＡ型対応づけ自己増殖ウイルス型対応づけ自己増殖細胞型村応づけ自己増殖その他第３章組織と器官第１節　筋肉　バクテリアのべん毛モーター筋肉の収縮メカニズム消化管運動尿管，膀胱，排尿第２節　硬組織　硬組織マトリックスのバイオミメティックス骨とカルシウム代謝のホメオスタシス骨形成と骨折治癒のメカニズム骨リモデリングの生化学骨髄造血の発生と重力作用骨・軟骨材料の自己組織化異所性の骨形成第３節　骨・関節・軟骨材料有機無機複合材料の基礎生体内石灰化反応に倣った人工骨の調製アパタイト結晶の成長機構軟骨材料軟骨・関節・摺動部材キチンと無機物コラーゲンと無機化合物絹と無機化合物人工関節　人工靭帯人工骨が倣うべき骨の粘弾性ハイブリッド型人工歯根の開発—セメント質・歯根膜・固有歯槽骨の再生第４節　皮膚人工皮膚薬物の経皮吸収と吸収促進剤第５節　心臓心臓の機能：ｃａｒｄｉａｃ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ人工心臓人工心臓のデザイン人工弁の構造と材料第６節　肺肺の形態形成と機能人工肺　第７節　ハイブリッド型人工肝臓ハイブリッド型人工肝臓人工肝臓第８節　消化器薬物の腸管吸収とその促進噴門：逆流防止弁人工肛門，制御弁第９節　ティッシュ・エンジニアリングティッシュ・エンジニアリングの基礎ティッシュ・エンジニアリングのためのバイオマテリアル生物組織の形態形成：ｔｉｓｓｕｅ　ｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｓｉｓ神経組織の誘導と生体材料血管のティッシュエンジニアリング軟骨形成骨組織誘導再建法と生体材料第４章　感覚器第１節　視覚視覚情報とその処理人工水晶体：調節機能光調節機能性材料人工網膜第２節　嗅覚情報とその処理嗅細胞とにおいの受容機構嗅覚受容器の電気生理嗅球の神経ネットワーク系嗅球以降の高次中枢への嗅覚神経投射ヒトの喚覚の無侵襲計測においの認知・認識第３節　聴覚情報とその処理聴覚器官の構造と機能聴覚中枢系の機能第４節　味覚情報とそのセンサ化味の受容味覚センサの構成基本味とアミノ酸への応答食品の味の測定熟成管理展望第５節　機械感覚器の高感度化と熱雑音対策感覚器の感度気流感覚器気流感覚毛の機械設計の解析エネルギー閾値感覚細胞の内部熱雑音と微弱信号の検出まとめ第６節　生体計測生体分子計測とバイオセンサ化学ＩＣ用光センサリアクター第５章　脳神経系第１節　脳を含む生体のカオス現象とその機能人工神経回路網モデルにおける例脳を含む生体におけるカオス研究とその応用例第２節　思考・自我の脳内メカニズム思考のベースとしてのワーキングメモリー自我とワーキングメモリーワーキングメモリーを担う前頭連合野前頭連合野と結びついた思考と自我思考と自我のベースとしてのワーキングメモリー過程前頭連合野の認知コラム説第３節　脳内高速演算回路の形成機構視覚による形状認識の神経路発火潜時による競争仮説モデルによる検証発火潜時競争機構の特徴と限界第４節　感情の脳内メカニズム心理学に見られる感情概念情動・気分を解発する脳システム情動の古典生理モデル現代の情動にかかわる生理機構第５節　学習・記憶の分子過程学習・記憶の分類学習・記憶行動と脳神経機能シナプスの分子機構分子から行動へ前頭前野皮質のグルタミン酸とドーパミン性神経伝達とワーキングメモリー第６節　子猫ロボット行動制御のための進化ハードウエア技法による７，５００万個の人工脳細胞の構築進化ハードウエアニューラルネットワークモデルＣＡＭ−脳マシン：ＣＢＭ進化したモジュール子猫ロボット「ロボキティ」短期的展望と長期的展望第７節　神経ネットワークモデル構築分子組織体による神経機能素子ニューロインターフェース単一ニューロンによる機能素子構築の試みニューロネットワークの構築第６章　免疫系第１節　免疫システム免疫の仕組み免疫を担当する組織・細胞免疫応答の機構第２節　サイトカインの中枢作用とその細胞分子機構ＩＬ−１の中枢作用ＩＬ−１の脳への作用機構脳内のＩＬ−１第３節　免疫相互作用を利用する分離アフィニティクロマトグラフイーとその免疫リガンド種々の特異性を有する分子の取得法抗体を用いる免疫分離例第４節　ワクチン開発ワクチン概論新しいインフルエンザワクチンの開発第５節　寄生虫感染と免疫系宿主にＩｇＥを誘導する寄生虫体内の活性物質寄生虫感染時の高ＩｇＥ血症はＴｈ−２反応が誘導する宿主に非特異的ＩｇＥを誘導する機序寄生虫由来の非特異的ＩｇＥはアレルギーを抑制する寄生虫感染はＩｇＥ抗体産生を抑制する抗ＩｇＥ抗体による治療の可能性第７章　分泌と体内輸送系第１節人工膵島—膵島機能の機械的再構築血糖制御システム血糖計測システム人工膵島の臨床応用第２節　バイオ人工膵島—膵臓における膵β細胞膵β細胞のインスリン分泌機構膵内分泌細胞（β細）バイオ人工膵島における膵β細胞の役割第３節　バイオに学ぶ薬物キャリヤ設計ＤＤＳによる標的治療薬のナノカプセルとしてのブロック共重合体ミセル高分子ミセル型抗ガン剤静電相互作用に基づく高分子ミセル形成酵素を内包する高分子ミセルＰＩＣミセルの遺伝子ベクターへの展開第４節　新しい生分解性高分子による薬物送達システムポリロタキサンの構造的特徴を考慮した生分解性高分子の設計とＤＤＳ研究への展開ＩＰＮの絡み合い構造により制御されたシンクロナイゼーション刺激応答型ＤＤＳへの研究展開ミクロ相分離構造を有する多糖によるペプチドＤＤＳ第５節　インテリジェントゲルと生理活性物質との相互作用と放出制御物理刺激に応答するゲル化学刺激に応答するゲルからの薬物放出タンパク質の刺激応答性を利用したインテリジェントゲル第６節　酸素輸液としての人工赤血球酸素輸液への期待ヒトヘモグロビン小胞体の構成動物投与試験情報分子（ＮＯ，ＣＯ）の役割グロビンタンパク質を含まない酸素輸液その他の例第７節　血管内皮細胞のバイオメカニクス血管内皮細胞が受ける剪断応力剪断応力負荷実験法剪断応力に対する内皮細胞応答内皮遺伝子の発現調節剪断応力の情報伝達第８節　生体膜類似表面を持つ血液適合性ポリマーバイオミミッキングによる血液適合性ポリマーの考え方リン脂質分子を吸着させた表面リン脂質極性基を配列した表面の特性リン脂質分子を組織化するポリマーの創製生体膜類似構造表面での生体反応第９節　遺伝子治療のためのウイルスベクターレトロウイルスベクターアデノウイルスベクターアデノ随伴ウイルス（ＡＡＶ）ベクターその他のウイルスベクター第１０節　ｎｏｎ−ｖｉｒａｌ遺伝子キャリヤカチオン性リポソームＨＶＪリポソーム微粒子カチオン性ポリマーｎａｋｅｄ　ＤＮＡ修飾オリゴ核酸第８章　運動系第１節　生体模倣ソフトアクチュエータソフトアクチュエータの構造電解伸縮のメカニズム電解伸縮の定量的測定ポリアニリンの電気化学的酸化・還元と伸縮挙動伸縮率の酸化・還元率と陰イオン依存性伸縮率のｐＨ依存性伸縮の時間応答伸縮率の負荷特性と異方性第２節　人工筋肉ゲルとはケモメカニカルの概念第３節　筋肉モデルとしての自励振動ゲル時間的・空間的秩序を生み出す化学振動反応：Ｂｅｌｏｕｓｏｖ−Ｚｈａｂｏｔｉｎｓｋｙ反応自励振動機能を持つ高分子ゲルの設計と構築第４節　マイクロマシンのアクチュエータ電磁アクチュエータ静電アクチュエータ圧電アクチュエータ形状記憶合金アクチュエータ第５節　ヘビの運動形態の解明ヘビの蛇行滑走体形曲線の生理学的検討ヘビの定常直進蛇行滑走体形曲線筋肉の収縮力分布関数滑走効率の比較第６節　繊毛や筋肉に学ぶマイクロアクチュエータと搬送システム生体に倣うアクチュエータ微細な力発生要素を集積したアクチュエータ生体に学ぶ搬送システム第７節　生物触覚から人工触覚へ—筋運動感覚による知覚および触覚人体センサ機能人工ボディ感覚センシング第８節　自律適応型筋電義手筋電義手の技術的課題自律適応型電動義手評価実験第９節　高分子アクチュエータの応用—カテーテル・内視鏡・小型生物モデル高分子アクチュエータ血管内手術用カテーテルへの応用内視鏡への応用小型生物モデルの試作高分子アクチュエータ応用の可能性：人工筋肉第１０節　人工筋肉としての電気応答性高分子—その可能性，機能，そしてチャレンジ生物筋肉とサイエンスフィクションイオンポリマーメタリックコンポジット（ＩＰＭＣ；イオン性高分子−金属複合体）カーボンナノチューブ静電遮へいポリマー（ＥＳＳＰ）アクチュエータ第１１節　ケミカルモーター自発運動のメカニズム制御された連動高速運動のメカニズム運動効率と高効率システムの開発ゲルモーターを用いた発電第１２節　親水・疎水で運動するシステム疎水性相互作用とは疎水性相互作用によるずれの力温度相転移性高分子の利用による親水・疎水モーター機構疎水性勾配を利用する駆動法疎水性モーター：連続駆動系とその性質管内を走行する液柱第１３節　植物の動きの機構一般的な膨張反応と成長進化した運動組織と器官刺激としての光化学的刺激と生理学機械的刺激気孔湿度効果第９章　個体系第１節　魚介類人工鰓ナマコの皮—硬さ可変の適応材料炭酸殻バイオミネラリゼーション—貝と真珠第２節　寄生虫による宿主の行動の制御槍形吸虫Ｄｉｃｒｏｃｏｅｌｉｕｍ　ｄｅｎｄｒｉｔｉｃｕｍのメタセルカリアに感染したアリの草への固着裂頭条虫Ｓｃｈｉｓｔｏｃｅｐｈａｌｕｓ　ｓｏｌｉｄｕｓのプレロセルコイドに感染したトゲウオのサギによる捕食縮小条虫Ｈｙｍｅｎｏｌｅｐｉｓ　ｄｉｍｉｎｕｔａのシスティセルコイドに感染した甲虫の行動の変化鉤頭虫のキスタカントスに感染したヨコエビの水鳥による捕食鉤頭虫のキスタカントスに感染したゴキブリの行動変化寄生虫感染したマウスの行動の変化ハリガネムシおよびＭｅｒｍｉｔｈｉｄ線虫に感染した昆虫と水辺における成虫の脱出第３節　昆虫神経ホルモンによる性行動の発現調節昆虫の飛翔メカニズム昆虫の闘争行動の発達と環境要因昆虫の干渉色をミミックする生物紡糸—カイコの紡糸第４節　動物—カエルの視覚性行動の発現機構カエルの視覚性行動カエルの網膜における情報処理網膜—視蓋の投射地図視蓋における情報処理両眼視の神経回路カエルの脳から計算機へ第５節　植物　植物の形態と機能の関係外環境に依存する植物の自己組織化—タケ植物を利用するセンサ技術デンプンの光合成第１０章　生体環境第１節　衣服体温調節　防水・透湿防水発色風合い第２節　熱環境デザイン熱環境デザイン環境共生住宅と材料計画第３節　生物の情報処理—粘菌を例に粘菌の不思議アメーバ細胞の形状と“計算”粘菌の形状と化学パターン形成解糖系ゲルにおける時間空間パターン振動位相パターンによる好き嫌いの判断位相スイッチによる流動の制御変形体のフラグメンテーション：サイズの自己制御光受容分子を求めてリズム素子の自己生成まとめと展望第４節　植物の環境応答植物の種子の発芽と成長いかにして植物は環境に応答するか環境ストレスとバイオフォトンバイオフォトンによる植物の環境応答計測環境応答と生態系第１１章　バイオミメティックスの将来第１節　人工生命システムコンピュータの中の生命モデルの構成論的構築実世界への進出実モデルの構築第２節　電子細胞の構築　細胞シミュレーション研究の現状バーチャル自活細胞Ｅ−ＣＥＬＬシミュレーション・システムヒト赤血球モデル第３節　マイクロチップ上でのタンパク質合成—ウェットシステム構築の試みマイクロマシン技術とウェットな対象物マイクロチップの製作と動作の確認タンパク質の生合成実験第４節　化学ＩＣチップファミリー化学ＩＣの提唱マイクロ光造形法：ＩＨプロセス化学ＩＣの開発医学・生命科学への展開第５節　細菌細胞の人工モデルバーチャル大腸菌大腸菌の探索行動と移動ロボットの行動制御第６節　バーチャルリアリティ　バーチャルリアリティアールキューブＲＣＭＬ：アールキューブ・エムエルヘッド・マウンティド・プロジェクター：ＨＭＰ相互テレイグジスタンス第７節　医療福祉ロボット医療福祉ロボットの特徴外科医の新しい目と手福祉工学ロボット技術とパワーアシスト技術福祉ロボットの例医療福祉ロボットの未来●略語表●事項索引●編集委員プロフィール