経歴

1965年早稲田大学理工学部応用化学科卒業
1970年同大学院博士課程修了(工学博士)
1970年静岡大学工学部化学工学科専任講師
1972年同大学工学部化学工学科助教授
1973年早稲田大学理工学部応用化学科助教授
1978年同教授
1983年クリーブランドクリニック人工臓器研究所客員教授
1990年テキサス大学客員教授, 静岡大学・大阪市立大学・芝浦工業大学・東京農工大学・横浜国立大学・東京大学・東北大学・名古屋大学・東京女子医科大学・千葉大学非常勤講師歴任.

医工懇談会世話人代表, 日本膜学会第16年会組織委員長, 第34回日本人工臓器学会大会長, 第13回日本医工学治療学会学術大会長, Journal of Artificial Organs: Editorial Board, 日本膜学会理事, 日本医工学治療学会副理事長, 化学工学会評議員, 日本人工臓器学会相談役, 日本エム･イー学会評議員, 日本臨床工学技士会顧問, AIChE(米国化学工学会)会員, ASAIO(米国人工臓器学会)会員, EDTA(欧州透析移植学会)会員, NAMS(北米膜学会)会員, ISAO(国際人工臓器学会)会員.
1965年応用化学科小林賞, 1992年化学工学会研究賞, 1994年日本医科器械学会著述賞, 1995, 1997, 1998, 2001年日本人工臓器学会論文賞, 1998年化学工学会学会賞, 1998年池田亀三郎記念賞.

キーワード

化学工学 / 膜工学 / 人工臓器 / 人工腎臓 / 透析 / 濾過 / 人工肺 / 医療用センサ / 医療工学

連絡先

〒169-8555
東京都新宿区大久保3-4-1　65号館107

Tel: 03-5286-3216

Fax: 03-3209-7957

E-mail: kisakaiwaseda.jp

URL: http://www.waseda.jp/sem-sakai/

研究内容

ヒトの体は、小型の化学プラント
化学工学のメガネで生体を眺めると、心臓はポンプ、肺はガス吸収・放散装置、胃・腸・肝臓は化学反応装置、腎臓は膜濾過装置、そして脳はこれらの装置を統制する自動制御装置と見ることができる。こうした臓器（＝プラントの装置・機器）が何らかの疾病や事故によってその機能を失ったとき、患者さんの命を救うのが「人工臓器（生体機能代行装置）」である。ひとつひとつの臓器は化学工学の単位操作装置と考えられるので、人工臓器の創製・開発・改良には、化学工学の知識と手法が欠かせない。また生体臓器はお互いに複雑な連携をして動いており、また人工臓器は最終的に患者さんの身体の中に戻ってゆくものであることから、工と医の「共創」という新しい学際的概念も大切である。

人工腎臓
腎不全の患者さんは、自分では老廃物や過剰の水を排出できない。そこで、生体腎の機能を代行する人工腎臓が必要となる。人工腎臓による治療は、血液透析という言葉でよく知られているように、体外循環による治療であるが、化学工学のさらなる挑戦によって、体内埋め込み型人工腎臓も夢ではない。体内埋め込み型人工腎臓の実現には、小型化、生体適合性材料の開発と膜透過性の積極的制御、さらに人工的システムであるが故の諸問題の克服が課題となる。以下に、こうした課題に対する我々の取り組みを紹介する。

生体適合性材料の開発
血中タンパク質が異物である人工材料に接触すると、吸着・粘着し、血栓を形成する。これは、人工材料の宿命上避けられない。しかし、少しでも生体に近い材料を人工的に作り出せないだろうか。材料表面のナノ三次元構造と生体適合性の関係を研究することで、生体適合性に優れた人工材料を模索している。[Hayama M et al. Biomaterials 25 (2004) 1019-1028]

透過性の制御
無駄の多い試行錯誤（製作と評価の繰り返し）による膜開発から脱却し、透過モデルによる効率的膜デザインを実現するため、透過モデルの構築に力を注いでいる（迷宮細孔拡散透過モデル）。 [Kokubo K et al. AIChE Journal 44 (1998) 2607-2619] 透過モデルの構築には、nativeな膜構造の観察が必要となる。そこで、原子間力顕微鏡（AFM）を用いた膜表面ナノ細孔構造の液中観察に取り組んでいる。[Hayama M et al. Journal of Membrane Science 197 (2003) 243-249] さらに将来的には、病因物質の濃度に応じて透過制御できる膜も切望されており、分子インプリント技術によって、特定溶質を膜に認識させ、その濃度によって透過速度を制御できる膜の開発にも取り組んでいる。[Hattori K et al. Journal of Chemical Engineering of Japan 34 (2001) 1466-1469]

人工的システムとして克服すべき課題
透析治療では、膜を介して血液と透析液を間接接触させて病因物質を除去するため、外界からエンドトキシン（Et）など有害物質混入の危険が生じる。したがって、膜は濾過性能に優れただけではなく、こうした有害物質を侵入させないことも求められる。そこで、ナノ顕微手法を駆使して、Et阻止能に優れた膜構造・膜材質を提案してきた。[Hayama M et al. Journal of Membrane Science 219 (2003) 15-25]

また透析治療では、血液を人工材料と接触させることで活性酸素が生成し、さまざまな合併症を引き起こすことも大きな問題である。そこで、微細な中空糸透析膜の中での活性酸素濃度の測定技術を確立し、活性酸素の消去能を有する機能透析膜の開発にも取り組んでいる。[Endo K et al. Sensors &Actuators B (Chemical) 83 (2002) 30-34]

このほか、新しい測定技術は新しい評価法を生み、新しい材料・システムを築くとのフィロソフィーから、多くの透析関連センシングシステムの開発に精力的に挑戦している。

代表論文

1."Rapid Deswelling Response of poly(N-isopropylacrylamide) Hydrogels by the Formation of Water Release Channels Using Poly(ethylene oxide) Graft Chains", Macromolecules, 31, 6099-6105 (1998).

2."Temperature-Responsive Hydrogels as Intelligent Materials", Biorelated Polymers and Gels, pp29-69 (1998).

3."Graft Architectural Effects on Thermoresponsive Wettability Changes of Poly(N-isopropylacrylamide)-Modified Surfaces", Langmuir, 14, 4657-4662 (1998).

4."Determination of Glucose Concentration by Electroluminescence of an Indium-tin Oxide Electrode", Chemical Engineering Food and Bioproducts Processing (Trans IChemE, Part C), 76, 102-106 (1998).

5."Size of Polymeric Particles Forming Hemodialysis Membranes Determined from Water and Solute Permeabilities", Journal of Applied Polymer Science, 67, 833-840 (1998).

6."Transient Measurement of Glucose Using On-off Controllable Enzyme Electrode with Polypyrrole Membrane", Journal of Chemical Engineering of Japan, 31, 29-34 (1998)

7."Surface Modification Techniques for the Artificial Heart", Heart Replacement, Artificial Heart 6, pp.118-125 (1998)