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非対称微小構造体を用いた二次元分子分別システムの構築

Research Project

Project/Area Number 10J02240
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

茂木 俊憲  北海道大学, 大学院・理学院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2010 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords脂質二分子膜 / 分子拡散 / ブラウニアン・ラチェット / 全反射顕微鏡 / 自発展開 / 拡散シミュレーション / 単一分子蛍光 / 金属ナノ粒子 / 単一分子配向 / 単一分子追跡
Research Abstract

脂質二分子膜は準安定状態にあり流動的な構造を持つことから特異的な分子操作の場として注目されている。こうした脂質膜の物理化学特性を理解し制御するためには、膜内分子のランダムな熱運動を微小時空間領域で検出・制御することが重要である。自身の研究では、ブラウニアン・ラチェット機構に注目し、非対称な微小構造の分子への作用により、一定方向の分子運動を抽出する分子操作を検討してきた。また不均一膜内の分子運動を単分子レベルで測定する手法を確立し、脂質膜本来の機能である膜導入分子との親和性に基づく局所的な分子分配能を積極的に用いた選択的分子操作を可能としてきた。従って、採用最終年度である本年度は分子拡散方向を微小空間にて制御可能なラチェット機構と、分子運動性を膜状態により制御可能な人工脂質二分子膜とを組み合わせることで、新規な構造体形状の創出を通し、広範な分子群に適応可能な新規膜内分子操作法を検討した。その結果流れの方向からの分子輸送方向の逸脱度合いを示す平均分別角度は通常構造を用いた場合に比べ狭小構造では二倍、流路構造では三倍程度の角度を伴って輸送方位に対して垂直方位へと偏在化した。この実験的な偏在度合いに対して、拡散シミュレーションを用いた計算結果との比較から考察を行った結果、実験と計算との違いは、構造体間隙部での拡散媒質である展開膜の不均一性に由来すると考えられた。これより、本結果はそれぞれ狭小構造間隙部での分子排斥および流路内における輸送速度減少により、ラチェット構造への衝突頻度増加に起因する付加的な偏在化発現に起因すると考えられる。本研究より既存の操作機構では拡散方向の制御が困難な蛍光脂質分子に対し、微小空間での展開膜構造変調とラチェット効果とを協奏的に発現させた結果、効果的な膜内分子操作が可能となった。

Report

(3 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2013 2012 2011 2010 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (15 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Observation of Defocus Images of a Single Metal Nanorod2013

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 117 Issue: 6 Pages: 2535-2540

    • DOI

      10.1021/jp3065008

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced Brownian Ratchet Molecular Separation using a Self-spreading Lipid Bilayer2012

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 28 Issue: 16 Pages: 6656-6661

    • DOI

      10.1021/la300410j

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 狭小空間による脂質二分子膜内分子のラチェット分別操作2013

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      日本化学会第93回年会
    • Place of Presentation
      立命館大学(草津市)
    • Year and Date
      2013-03-22
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 狭小空間における脂質二分子膜内分子のラチェット分別操作2013

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      化学系学協会北海道支部2013年冬季研究発表会
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌市)
    • Year and Date
      2013-01-29
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Effective Brownian Ratchet Separation in Self-spreading Lipid Bilayer2012

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      The 8th Hokkaido University - Nanjing University Joint Symposium
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌市)
    • Year and Date
      2012-12-06
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 脂質二分子膜内単一分子観察による微小相構造の検討2012

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      ナノ学会第10回大会
    • Place of Presentation
      大阪大学(豊中市)
    • Year and Date
      2012-06-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] termination of 3D anisotropy of a single Au nanorod by defocused darkfield Image observat2012

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      Yamada Conference 66 (International Conference on the Nanostructure-Enhanced Photo-Energy Conversion)
    • Place of Presentation
      日本科学未来館(東京)
    • Year and Date
      2012-06-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Characterization of Local Domain by Single Molecule Orientation in the Lipid Bilayer2012

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      IACIS (International Association of Colloid and Interface Scientists)2012
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城)
    • Year and Date
      2012-05-15
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 脂質二分子膜内単一分子観察による膜微小構造の検討2012

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      慶応大学(横浜市)
    • Year and Date
      2012-03-26
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 脂質二分子膜内単一色素配向観察による局所ドメイン評価2011

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形市)
    • Year and Date
      2011-08-30
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 全反射顕微鏡観察による脂質二分子膜内単一分子配向評価2011

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      電気化学会北海道支部第17回若手研究者交流会
    • Place of Presentation
      おこばち山荘(北海道)
    • Year and Date
      2011-06-18
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 全反射顕微鏡を用いた単一分子発光観察による分子配向性評価2011

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      日本化学会第91春季年会
    • Place of Presentation
      神奈川 神奈川大学
    • Year and Date
      2011-03-29
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular Separation in the Self-spreading Lipid Bilayer based on Brownian Ratchet Mechanism2010

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      The 61st Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • Place of Presentation
      フランス ニース
    • Year and Date
      2010-09-27
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular Separation of CTB/GM1 in Self-Spreading Bilayer Using Brownian Ratchet2010

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      International Conference on Nanoscopic Colloid and Surface Science (NCSS 2010)
    • Place of Presentation
      千葉 幕張
    • Year and Date
      2010-09-22
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 全反射蛍光顕微鏡を用いた局所空間での分子配向特異評価2010

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      第59回高分子討論会
    • Place of Presentation
      北海道 北海道大学
    • Year and Date
      2010-09-16
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 全反射蛍光顕微鏡観察による単分子・単粒子の配向性評価2010

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      2010年光化学討論会
    • Place of Presentation
      千葉 千葉大学
    • Year and Date
      2010-09-08
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 脂質分子拡散方位制御に基づく分子分別機の定量的効率評価2010

    • Author(s)
      茂木俊憲
    • Organizer
      電気化学会北海道支部設立40周年記念シンポジウム第16回若手研究者交流会
    • Place of Presentation
      北海道 北海道大学
    • Year and Date
      2010-07-03
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Remarks] 物理化学研究室ホームページ

    • URL

      http://www.chem.sci.hokudai.ac.jp/pc/

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks] 物理化学研究室ホームページ

    • URL

      http://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/pc/

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks] 物理化学研究室ホームページ

    • URL

      http://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/pc/

    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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