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所属 |
工学教育研究部 工学科応用物質化学プログラム担当 |
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職名 |
准教授 |
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研究室住所 |
工学部A棟516室 |
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外部リンク |
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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】
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ナノテク・材料 / 基礎物理化学 / 基礎物理化学
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ナノテク・材料 / 高分子化学 / 生体高分子化学
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情報通信 / 生命、健康、医療情報学 / 計算化学
学歴 【 表示 ／ 非表示 】
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宮崎大学大学院 農学工学総合研究科 生物機能応用科学専攻
2012年4月 - 2014年9月
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宮崎大学大学院 工学研究科 物質環境化学専攻
2010年4月 - 2012年3月
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宮崎大学 教育文化学部 学校教育課程理系教科教育選修
2006年4月 - 2010年3月
学内職務経歴 【 表示 ／ 非表示 】
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宮崎大学 工学教育研究部 工学科応用物質化学プログラム担当 准教授
2021年11月 - 継続中
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宮崎大学 キャリアマネジメント推進機構 テニュアトラック推進室 助教
2020年01月 - 2021年10月
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宮崎大学 テニュアトラック推進機構 助教
2018年11月 - 2019年12月
学外略歴 【 表示 ／ 非表示 】
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日本学術振興会特別研究員（PD） 鹿児島大学大学院理工学研究科 日本学術振興会特別研究員
2016年4月 - 2018年10月
国名：日本国
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日本学術振興会特別研究員（PD） 宮崎大学工学部 日本学術振興会特別研究員
2014年10月 - 2016年3月
国名：日本国
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日本学術振興会特別研究員（DC2） 宮崎大学大学院農学工学総合研究科 日本学術振興会特別研究員
2014年4月 - 2014年9月
国名：日本国
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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YOSHII Kazuki, UTO Takuya
Electrochemistry 92 ( 4 ) 043007 - 043007 2024年4月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：公益社団法人 電気化学会
Room temperature ionic liquids (RTILs) with ether oxygen atoms in the side chain have been investigated for electrochemical applications because they show favorable transport properties compared with alkyl analogs. However, the influence of the position and number of ether oxygen atoms on physical properties has not yet been fully clarified. In the present study, the physicochemical properties of RTILs consisting of bis(trifluoromethanesulfonyl)amide (TFSA<sup>−</sup>) with 1-methy-1-propoxyethylpyrrolidinium (Pyr<sub>1,2O3</sub><sup>+</sup>), 1-methyl-1-ethoxypropylpyrrolidinium (Pyr<sub>1,3O2</sub><sup>+</sup>), and 1-methyl-1-(methoxymethoxy)ethylpyrrolidinium (Pyr<sub>1,2O1O1</sub><sup>+</sup>) was investigated using experimental and computational approach. Pyr<sub>1,2O3</sub>TFSA exhibited the lowest viscosity and highest ionic conductivity. Pyr<sub>1,2O1O1</sub>TFSA with two oxygen atoms in the side chain showed relatively high viscosity, indicating the physicochemical properties were affected sensitively by the position and number of ether oxygen atoms. Furthermore, by comparing with the structural isomers reported so far, we were able to systematically discuss the introduction effect of ether oxygen on the physicochemical properties of RTILs.
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Protein Cryoprotectant Ability of the Aqueous Zwitterionic Solution 査読あり
Takekiyo T., Yamada S., Uto T., Nakayama M., Hirata T., Ishizaki T., Kuroda K., Yoshimura Y.
Journal of Physical Chemistry B 128 ( 2 ) 526 - 535 2024年1月
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 Physical Chemistry B
Protein cryopreservation is important for the long-term storage of unstable proteins. Recently, we found that N-acetylglucosaminyltransferase-V (GnT-V) can be cryopreserved in a deep freezer without temperature control using a dilute binary aqueous solution of 3-(1-(2-(2-methoxyethoxy)ethyl)imidazol-3-io)butane-1-carboxylate (OE2imC3C) [10 wt %, mole fraction of solute (x) = 7.75 × 10-3], an artificial zwitterion. However, it is unclear which solvent properties are required in these media to preserve unstable proteins, such as GnT-V. In this study, we investigated the melting phenomena and solution structure of dilute binary aqueous OE2imC3C solutions [x = 0-2.96 × 10-2 (0-30 wt %)] using differential scanning calorimetry (DSC) and Raman and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopies combined with molecular dynamics (MD) simulation to compare the cryoprotectant ability of OE2imC3C with two general cryoprotectants (CPAs), glycerol and dimethyl sulfoxide. DSC results indicated that aqueous OE2imC3C solutions can be melted at lower temperatures with less energy than the control CPA solution, with increasing x, primarily due to OE2imC3C having a higher content of unfrozen water molecules. Moreover, Raman and FTIR results showed that the high content of unfrozen water molecules in aqueous OE2imC3C solutions was due to the hydration around the ionic parts (the COO- group and imidazolium ring) and the OCH2CH2O segment. In addition, the MD simulation results showed that there were fewer structured water molecules around the OCH2CH2O segment than the hydration water molecules around the ionic parts. These solvent properties suggest that dilute aqueous OE2imC3C solutions are effective in preventing freezing, even in a deep freezer. Therefore, this medium has the potential to act as a novel cryoprotectant for proteins in biotechnology and biomedical fields.
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Optimization of Zwitterionic Polymers for Cell Cryopreservation 査読あり
Kato Y., Uto T., Ishizaki T., Tanaka D., Ishibashi K., Matsuda Y., Onoda I., Kobayashi A., Hazawa M., Wong R.W., Takahashi K., Hirata E., Kuroda K.
Macromolecular Bioscience e2300499 2024年
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Macromolecular Bioscience
Cryopreservation techniques are valuable for the preservation of genetic properties in cells, and the development of this technology contributes to various fields. In a previous study, an isotonic freezing medium composed of poly(zwitterion) (polyZI) has been reported, which alleviates osmotic shock, unlike typical hypertonic freezing media. In this study, the primitive freezing medium composed of emerging polyZI is optimized. Imidazolium/carboxylate-type polyZI (VimC3C) is the optimal chemical structure. The molecular weight and degree of ion substitution (DSion) are not significant factors. There is an impediment with the primitive polyZI freezing media. While the polyZI forms a matrix around the cell membrane to protect cells, the matrix is difficult to remove after thawing, resulting in low cell proliferation. Unexpectedly, increasing the poly(VimC3C) concentration from 10% to 20% (w/v) improves cell proliferation. The optimized freezing medium, 20% (w/v) poly(VimC3C)_DSion(100%)/1% (w/v) NaCl aqueous solution, exhibited a better cryoprotective effect.
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Kato Y., Matsuda Y., Uto T., Tanaka D., Ishibashi K., Ishizaki T., Ohta A., Kobayashi A., Hazawa M., Wong R.W., Ninomiya K., Takahashi K., Hirata E., Kuroda K.
Communications Chemistry 6 ( 1 ) 260 2023年12月
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Communications Chemistry
During the long-term storage of cells, it is necessary to inhibit ice crystal formation by adding cryoprotectants. Non-cell-permeable cryoprotectants have high osmotic pressure which dehydrates cells, indirectly suppressing intracellular ice crystal formation. However, the high osmotic pressure and dehydration often damage cells. Emerging polymer-type non-cell-permeable cryoprotectants form matrices surrounding cells. These matrices inhibit the influx of extracellular ice nuclei that trigger intracellular ice crystal formation. However, these polymer-type cryoprotectants also require high osmotic pressure to exert an effective cryoprotecting effect. In this study, we designed a poly(zwitterion) (polyZI) that forms firm matrices around cells based on their high affinity to cell membranes. The polyZI successfully cryopreserved freeze-vulnerable cells under isotonic conditions. These matrices also controlled osmotic pressure by adsorbing and desorbing NaCl depending on the temperature, which is a suitable feature for isotonic cryopreservation. Although cell proliferation was delayed by the cellular matrices, washing with a sucrose solution improved proliferation.
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上谷 幸治郎, 宇都 卓也
色材協会誌 96 ( 7 ) 228 - 232 2023年7月
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：一般社団法人 色材協会
ホヤ殻や木粉などのバイオマス原料を化学的に精製し，ナノ解繊処理を施すことで，高結晶性のセルロースナノ繊維（ナノセルロース）が製造される。表面にカルボキシ基を導入したナノセルロースを成膜して自立ペーパーを作り，金属塩化物の水溶液に浸漬すると，ペーパー中に金属イオンを導入することができる。この金属イオン導入ペーパーの熱拡散率を低湿度環境中で測定したところ，イオン半径や電気陰性度に依存して変化することを見いだした。本稿では，最近明らかになってきたナノセルロース製ペーパー材料の伝熱特性について概説し，イオン導入による熱拡散性制御について紹介する。
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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セルロースナノファイバーの調製、分散・複合化と製品応用
湯井敏文、宇都卓也（ 範囲: 計算化学手段によるセルロースナノファイバー構造のミクロ解析）
㈱技術情報協会 2015年1月
担当ページ：405-411 記述言語：日本語
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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コンピュータシミュレーションによる新規セルロース材料の分子設計
宇都卓也、湯井敏文
科研費による研究成果展開；九州・沖縄地方成果事例報告書 127 2017年3月
記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（大学・研究所紀要）
その他リンク： http://www.mext.go.jp/a_menu/shinkou/hojyo/1372562.htm
受賞 【 表示 ／ 非表示 】
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2018年度繊維学会奨励賞
2019年6月 公益社団法人 繊維学会 構造多糖材料の結晶構造特性と溶解機構に関する計算化学研究
宇都 卓也
受賞区分：国内外の国際的学術賞 受賞国：日本国
科研費（文科省・学振・厚労省）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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糖鎖相互作用の機構解明を目指した新規な分子力場の開発
研究課題/領域番号：23K18510 2023年04月 - 2026年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費補助金 挑戦的研究（萌芽）
担当区分：研究代表者
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木材パルプの解繊度に依存するスペクトル物性の開拓
研究課題/領域番号：22H02407 2022年04月 - 2025年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究（B）
担当区分：研究分担者
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分子シミュレーションとデータ科学手段の連携による多糖誘導体キラル分離機構の解明
研究課題/領域番号：21K05187 2021年04月 - 2024年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究(C)
湯井 敏文、
担当区分：研究分担者
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計算化学とデータ科学の融合による構造多糖材料における界面メカニズムの解明
研究課題/領域番号：20K15232 2020年04月 - 2023年03月
独立行政法人日本学術振興会 科学研究費補助金 若手研究
担当区分：研究代表者
木質細胞壁や甲殻類外骨格などに見出されるセルロースやキチンは構造多糖であり、高結晶性繊維のため、水や一般的な有機溶媒に難溶で加工性に乏しい問題がある。最近、セルロースやキチンを良好に溶解するイオン液体が注目されている。本研究課題では、イオン液体の基本骨格や側鎖構造の違いによって、セルロースやキチンの溶解性にどのような影響を与えるのかに着目し、界面ダイナミクスや分子論的観点から解析する。具体的には、様々なイオン液体の溶解シミュレーションを基に溶解機構を体系的に解析し、熱力学的パラメータによる定量的評価を行う。さらに、データ駆動型解析と連携させることで、新規な可溶化溶媒の探索・発見につなげる。
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糖結合モジュールタンパク質による糖鎖基質認識機構の網羅的解析
研究課題/領域番号：17K00409 2017年04月 - 2020年03月
科学研究費補助金 基盤研究(C)
担当区分：研究分担者
孤立分子鎖または結晶状態のセルロースやキチン糖鎖基質と可逆的（非触媒的）に結合する糖結合モジュール（CBM）タンパク質を対象とした。CBMは触媒能力を持たないが、触媒ドメインの基質に対するアクセシビリティを向上させる。酵素本体（触媒ドメイン）に基質が活性部位に結合した複合体の場合、結晶構造解析対象となることが多いが、可逆的かつ多様な結合状態が予想されるCBM-糖鎖複合体の結晶構造解析研究例は限られている。本研究は、コンピュータによる分子シミュレーションを手段として、CBMの基質認識機構を明らかにすることを目的とした。CBMは糖鎖に対する結合様式によって、主に不溶・結晶状態の糖鎖に対してCBM表面が認識する様式（Type A）、CBM表面の浅いクレフト上で孤立糖鎖を認識する様式（Type B）、および糖１～２残基程度の糖鎖部分に対してCBM表面が認識する様式（Type C）に分類される。これらの三つの結合様式に対応する複数のCBMをモデル系として選択し、それらCBMと糖鎖基質の複合体構造モデル群を網羅的に求める。得られた複合体モデル群のシミュレーション計算を実施し、基質認識に関わる熱力学量や立体構造を解析する。さらに、CBM表面に対する糖鎖基質の結合・脱離過程や結合クレフト上の基質移動過程等のより大きな構造変化を伴う基質認識過程を、分子シミュレーション計算によって再現する。以上の知見から、CBMが示す可逆的かつ多様な糖鎖基質認識機構の空間的・時間的な全体像を明らかにする。一般に、糖加水分解酵素（セルラーゼ、キチナーゼ等）は、CBMを失うと触媒活性を大きく低下する。本研究の成果は、酵素全体の反応機構に理解に貢献することに加え、加水分解活性や基質認識特性を制御する変異CBM設計へと展開することが期待される。
委員歴 【 表示 ／ 非表示 】
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文部科学省科学技術・学術政策研究所 科学技術予測センター専門調査員
2020年4月 - 現在
団体区分：政府
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高分子学会 九州地区高分子若手研究会 幹事
2019年4月 - 2020年3月
団体区分：学協会
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繊維学会 繊維学会西部支部 第2回若手講演会 世話人
2018年1月
団体区分：学協会