グラフェンを利用した生体膜モデル上での高精度分子計測手法の開発

• Project/Area Number: 13J05980
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 岡本 吉晃 豊橋技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 脂質二重膜 / グラフェン酸化物 / 蛍光一分子観察 / 量子ドット / 一粒子追跡法

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、グラフェンおよびグラフェン酸化物(GO)の有する特異的な蛍光クエンチ能を利用し、GOと脂質二重膜を組み合わせた新規分子計測手法を開発することである。H27年度は、ポリエチレングリコール(PEG)ポリマーを頭部に有する脂質を混ぜた支持平面脂質二重膜(SLB)/GO系の量子ドット(Qdot)標識を行い、一粒子蛍光追跡(SPT)法を用いたGO上人工脂質膜の流動性を評価した。原子間力顕微鏡(AFM)観察および蛍光退職後回復(FRAP)法を用いて、PEG化脂質濃度の膜構造および流動性に対する影響を調査した。SPTにおいて蛍光強度も同時に取得し、GO領域とSiO2領域の蛍光強度からGOの蛍光クエンチ効率およびGO-Qdot間距離を見積もった。
Qdotと脂質の結合数を制御するため、両末端にマレイミド基とヒドラジド基を有するリンカーおよびアミノエトキシエタノール(AEE)でQdotを修飾し、非特異的吸着を抑制するために5%のPEG化脂質およびチオールを頭部に有するDPPTEを混合したDOPC-SLB表面に標識した。2領域間を拡散するQdot標識脂質の軌跡について平均二乗変位(MSD)解析を行い、GO上とSiO2上で拡散係数を比較することでGO上に形成したSLBの流動性を評価した。その結果、GO上に形成したSLBはSiO2上の70%ほどの拡散係数であった。膜構造および流動性に対するPEG化脂質濃度の影響についてAFMおよびFRAP法による評価を行った結果、PEG化脂質の濃度の増加とともにデプレッション領域が増加し、PEG化脂質濃度の増加に伴い拡散係数が低下した。GO上に形成したPEG化脂質含むSLBにおいて、GO上にのみデプレッション領域が観察されたことからGO上にPEG化脂質が濃縮され、それにより拡散係数が低下したことが示唆された。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Fluidity evaluation of cell membrane model formed on graphene oxide with single particle tracking using quantum dot (2015)
  • Author(s): Yoshiaki Okamoto, Toshinori Motegi, Seiji Iwasa, Adarsh Sandhu and Ryugo Tero
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 54 Issue: 4S Pages: 04DL09-04DL09
  • DOI: 10.7567/jjap.54.04dl09
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] グラフェン酸化物上に形成した人工脂質二重膜の構造・物性評価 (2015)
  • Author(s): 岡本 吉晃、茂木 俊憲、岩佐 精二、サンドゥー アダルシュ、手老 龍吾
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告 Volume: 115 Pages: 41-46
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] グラフェン酸化物上への細胞膜モデル系の作製とその観察 (2013)
  • Author(s): 手老 龍吾, 岡本 吉晃, ムアザムシャー, 岩佐 精二, サン ドゥーアダルシュ
  • Journal Title: Molecular Electronics and Bioelectronics(応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌) Volume: 24 Pages: 93-96
  • NAID: 10031174355
• [Presentation] Fluidity evaluation of supported lipid bilayer prepared on graphene oxide based on single particle tracking (2015)
  • Author(s): Yoshiaki Okamoto
  • Organizer: Pacifichem2015
  • Place of Presentation: Hawaii convention center
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 脂質二重膜の流動性へのグラフェン酸化物の影響 (2015)
  • Author(s): 岡本 吉晃
  • Organizer: 第53回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] 一粒子追跡法によるグラフェン酸化物の人工生体膜流動性への影響の定量的評価 (2015)
  • Author(s): 岡本 吉晃
  • Organizer: 第66回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] 蛍光一粒子追跡に基づくグラフェン酸化物上に形成した脂質二重膜の拡散係数計測 (2015)
  • Author(s): 岡本 吉晃、茂木 俊憲、岩佐 精二、サンドゥー アダルシュ、手老 龍吾
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 理工学部船橋キャンパス(東京・千代田区)
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] グラフェン酸化物上に形成した人工脂質膜の拡散係数測定 (2015)
  • Author(s): 岡本 吉晃、茂木 俊憲、岩佐 精二、サンドゥー アダルシュ、手老 龍吾
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川・平塚市)
  • Year and Date: 2015-03-11 – 2015-03-13
• [Presentation] Single particle tracking of Qdot-conjugated lipid bilayer on graphene oxide for evaluation of membrane fluidity (2014)
  • Author(s): Yoshiaki Okamoto, Toshinori Motegi, Seiji Iwasa, Adarsh Sandhu and Ryugo Tero
  • Organizer: The 7th International Symposium on Surface Science
  • Place of Presentation: くにびきメッセ(島根・松江市)
  • Year and Date: 2014-11-02 – 2014-11-06
• [Presentation] 蛍光一分子追跡に基づいた支持脂質膜内における部分フッ素化リン脂質の熱力学的性質の評価 (2014)
  • Author(s): 岡本 吉晃、茂木 俊憲、森田 康平、高木 俊之、金森 敏幸、園山 正史、手老 龍吾
  • Organizer: 日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道・札幌市)
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] Fluidity Evaluation of Cell Membrane Model Formed on Graphene Oxide with Single Particle Tracking Using Qdot (2014)
  • Author(s): Yoshiaki Okamoto, Toshinori Motegi, Seiji Iwasa, Adarsh Sandhu and Ryugo Tero
  • Organizer: 2014 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城・つくば市)
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-11
• [Presentation] 蛍光一分子観察に基づく部分フッ素化リン脂質二重膜内の分子拡散と温度依存性の評価 (2014)
  • Author(s): 岡本 吉晃、茂木 俊憲、森田 康平、高木 俊之、金森 敏幸、園山 正史、手老 龍吾
  • Organizer: 第65回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 東京理科大学(東京・新宿区)
  • Year and Date: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [Presentation] グラフェン酸化物への人工脂質膜の形成およびその流動性評価 (2014)
  • Author(s): 岡本 吉晃
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: EPOCHAL Tsukuba
  • Year and Date: 2014-03-29
• [Presentation] 量子ドット標識によるグラフェン酸化物上脂質二重膜の流動性評価 (2014)
  • Author(s): 岡本 吉晃
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学 相模原キャンパス
  • Year and Date: 2014-03-19
• [Presentation] Quantum dots conjugation to supported lipid bilayers formed on graphene oxide (2013)
  • Author(s): 岡本 吉晃
  • Organizer: ACSIN-12 & ICSPM21
  • Place of Presentation: EPOCHAL Tsukuba
  • Year and Date: 2013-11-05
• [Presentation] Quantum Dot Conjugation to Model Cell Membranes on Graphene Oxid efor the Evaluation of Membrane Fluidity (2013)
  • Author(s): 岡本 吉晃
  • Organizer: The Irago Conference 2013
  • Place of Presentation: Irago Sea-Park & Spa, Toyohashi
  • Year and Date: 2013-10-25
• [Presentation] グラフェン酸化物上に形成した脂質二重膜への量子ドット修飾 (2013)
  • Author(s): 岡本 吉晃
  • Organizer: コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2013-09-22