Elucidation of principle for microscopic domain formation by quantitative analysis of line adsorption

• Project/Area Number: 16H04135
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Functional solid state chemistry
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: TAKIUE Takanori 九州大学, 基幹教育院, 教授 (40271100)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 濱田 勉 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (40432140)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000); Fiscal Year 2018: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
• Keywords: 微小ドメイン形成 / 線張力 / 界線活性 / 浸透圧 / 界線吸着 / ドメイン形成 / 生体膜ラフト / 不均一膜 / 吸着単分子膜 / リポソーム

Outline of Final Research Achievements

In this research, a strategy for line tension measurement in monolayer and bilayer systems was constructed and applied to them in order to understand a principle of microscopic domain formation associated with the change in molecular structure and application of osmotic pressure to the film.
The domain formation in monolayer is determined by a balance between contact energy and dipole-dipole interaction at domain boundary. The line adsorption of hybrid compounds promotes the formation of microscopic domain formation which would be a model of raft in biological membrane. The application of osmotic pressure in bilayer system increases line tension and induces an unusual deformation of domain morphology in the state with low line tension.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られた研究成果は、生体膜での不均一性であるラフト構造の形成原理をドメイン境界線に働く線張力とそれを低下させる要因（界線吸着、二次元ミクロエマルション形成）の観点から解き明かす界線科学と呼ぶべき新たな学問分野の開拓につながる。さらに線張力によるソフト界面膜の不均一形態の制御を行うことで、不均一膜を積極的に利用した化学センサーや温度・浸透圧等の外部刺激に応答して物質の取込み・放出をスイッチする新規ソフトマテリアルの創製等にも応用展開が可能となる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] コーネル大学(米国)
• [Int'l Joint Research] イリノイ大学シカゴ校(米国)
• [Journal Article] Soft Interfacial Films as a Model for Lipid Raft (2019)
  • Author(s): T. Takiue
  • Journal Title: Membrane Volume: 44 Pages: 57-62
  • NAID: 130007623269
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of the Headgroup Structure on Counterion Binding in Adsorbed Surfactant Films Investigated by Total Reflection X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy (2018)
  • Author(s): Imai Yosuke、Tokiwa Yuhei、Ueno Shusaku、Tanida Hajime、Watanabe Iwao、Matsubara Hiroki、Takiue Takanori、Aratono Makoto
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 91 Issue: 10 Pages: 1487-1494
  • DOI: 10.1246/bcsj.20180167
  • NAID: 130007498122
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 界面膜の不均一構造と線張力 (2017)
  • Author(s): 瀧上隆智、平城慎也
  • Journal Title: 熱測定 Volume: 44 Pages: 60-64
  • NAID: 40021199869
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Surface freezing and molecular miscibility of binary fluoroalkanol-alkanol liquid mixture (2017)
  • Author(s): M. Tsuura, A. Shuto, S. Hiraki, Y. Imai, H. Sakamoto, M. Aratono, H. Tanida, K. Nitta, T. Uruga, T. Takiue
  • Journal Title: Colloids and Surfaces A Volume: 525 Pages: 31-37
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2017.04.047
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 人工細胞膜のダイナミクス解析と構造制御 (2017)
  • Author(s): 濵田勉
  • Journal Title: 応用物理 Volume: 86 Pages: 875-880
• [Journal Article] Line tension and its influence on droplets and particles at surfaces. (2017)
  • Author(s): B. M. Law, S. P. McBride, J. Y. Wang, H. S. Wi, G. Paneru, S. Betelu, B. Ushijima, Y. Takata, B. Flanders, F. Bresme, H. Matsubara, T. Takiue, M. Aratono
  • Journal Title: Progress in Surface Science Volume: 92 Issue: 1 Pages: 1-39
  • DOI: 10.1016/j.progsurf.2016.12.002
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Miscibility of cationic and zwitterionic surfactants in adsorbed film and micelle studied by X-ray reflection and XAFS (2018)
  • Author(s): T. Takiue, H. Hayase, S. Hiraki, T. Ina, K. Nitta, H. Tanida, T. Uruga, T. Sugiyama, Y. Imai
  • Organizer: 32nd Conference of European Colloid and Interface Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Line Tension for Ternary DSPC/DOPC/Chol and bSM/DOPC/Chol Bilayers (2018)
  • Author(s): S. Hiraki, G. W. Feigenson, T. Takiue
  • Organizer: 32nd Conference of European Colloid and Interface Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] マクロとミクロからの自己組織化膜 (2018)
  • Author(s): 瀧上隆智
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
  • Invited
• [Presentation] 飽和リン脂質/不飽和リン脂質/コレステロール混合二分子膜での線張力 (2018)
  • Author(s): 平城慎也、ファイゲンソンジェラルド、瀧上隆智
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] ヘキサン/水界面におけるフルオロカーボンアルコール－陽イオン界面活性剤混合系の吸着膜構造と分子混和性 (2018)
  • Author(s): 斉木孝輔、伊奈稔哲、谷田肇、新田清文、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 臭化テトラデシルトリメチルアンモニウム-コレステロール混合吸着膜における不均一構造 (2018)
  • Author(s): 山川あゆみ、平城慎也、早瀬はるな、伊奈稔哲、谷田 肇、新田清文、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] DPPC/DOPC/コレステロール3成分からなるベシクルでのドメイン形成と線張力 (2018)
  • Author(s): 神田涼亜、山川あゆみ、平城慎也、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] ドデカン／水界面におけるハイブリッドアルコール混合吸着膜の相転移と分子混和性 (2018)
  • Author(s): 満田るな、伊奈稀哲、新田清文、宇留賀朋哉、谷田肇、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] DPPC/DOPC/コレステロール3成分からなるベシクルでのドメイン形成と線張力 (2018)
  • Author(s): 神田涼亜、山川あゆみ、平城慎也、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第55回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] ドデカン／水界面における疎水鎖構造の異なるハイブリッドアルコール混合吸着膜の相転移と分子混和性 (2018)
  • Author(s): 満田るな、押川泰士、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第55回化学関連支部合同九州大
• [Presentation] 臨界状態におけるリポソームとナノ粒子の相互作用 (2017)
  • Author(s): 金川圭佑、永井健、濵田勉
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス
  • Year and Date: 2017-03-17
• [Presentation] Effect of Line Tension on Domain Formation of Fluorocarbon Alcohol at Oil/Water Interfaces (2017)
  • Author(s): T. Takiue, S. Takayose, K. Mitani, T. Ina, K. Nitta, H. Tanida, T. Uruga, S. Hiraki
  • Organizer: 91st ACS Colloids and Surface Science Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Effect of Molecular Mixing on Domain Formation in Adsorbed Film at Oil/Water Interface (2017)
  • Author(s): S. Hiraki, A. Yamakawa, T. Ina, K. Nitta, H. Tanida, T. Uruga, Y. Imai, T. Takiue
  • Organizer: 91st ACS Colloids and Surface Science Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular packing and miscibility of tetradecyltrimehylammonium bromide - n-tetradecylphosphocholine or cholesterol mixture in adsorbed film and micelle (2017)
  • Author(s): H. Hayase, A. Yamakawa, S. Hiraki, T. Ina, K. Nitta, H. Tanida, T. Uruga, Y. Imai, T. Takiue
  • Organizer: 91st ACS Colloids and Surface Science Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ソフト界面膜不均一構造と線張力 (2017)
  • Author(s): 瀧上隆智
  • Organizer: 2017年度ソフト界面化学研究会（SPring-8利用推進協議会）
  • Invited
• [Presentation] ソフト界面における不均一膜形成 (2017)
  • Author(s): 瀧上隆智
  • Organizer: 第68回コロイドおよび界面化学討論会（神戸大学）
  • Invited
• [Presentation] 油/水界面におけるリン脂質－コレステロール混合吸着膜のドメイン形成 (2017)
  • Author(s): 平城慎也、伊奈稔哲、新田清文、谷田肇、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第68回コロイドおよび界面化学討論会（神戸大学）
• [Presentation] 臭化テトラデシルトリメチルアンモニウム-テトラデシルホスホコリン混合吸着膜の構造と分子混和性 (2017)
  • Author(s): 早瀬はるな、平城慎也、伊奈稔哲、新田清文、谷田肇、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第68回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 油／水界面におけるフルオロアルカノール吸着膜の構造に及ぼす溶質‐溶媒相互作用の効果 (2017)
  • Author(s): 押川泰士、高寄峻一、平城慎也、伊奈稔哲、新田清文、谷田 肇、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第68回コロイドおよび界面化学討論会（神戸大学）
• [Presentation] 臭化テトラデシルトリメチルアンモニウム-コレステロール混合吸着膜における相転移と分子混和性 (2017)
  • Author(s): 山川あゆみ、平城慎也、早瀬はるな、伊奈稔哲、谷田肇、新田清文、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第68回コロイドおよび界面化学討論会（神戸大学）
• [Presentation] 飽和および不飽和リン脂質のベンゼン/水界面吸着膜相転移と膜構造 (2017)
  • Author(s): 斉木孝輔、平城慎也、砥上莉菜子、伊奈稀哲、谷田肇、新田清文、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第68回コロイドおよび界面化学討論会（神戸大学）
• [Presentation] Organization and Manipulation of Cell-Sized Lipid Vesicles (2017)
  • Author(s): Tsutomu Hamada
  • Organizer: 第6回生命理工国際シンポジウム（東京工業大学）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 界面膜の不均一構造と線張力 (2016)
  • Author(s): 瀧上隆智
  • Organizer: 第52回熱測定討論会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2016-09-28
  • Invited
• [Presentation] 油/水界面におけるテトラデシルホスホコリン－コレステロール混合吸着膜のドメイン形成 (2016)
  • Author(s): 平城慎也、伊奈稔哲、新田清文、谷田肇、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道教育大学旭川校
  • Year and Date: 2016-09-22
• [Presentation] 油／水界面における1H,1H,2H,2H-ペルフルオロデカノールのドメイン形成に及ぼす溶媒の効果 (2016)
  • Author(s): 高寄峻一、三谷謙太、伊奈稔哲、新田清文、谷田肇、宇留賀朋也、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道教育大学旭川校
  • Year and Date: 2016-09-22
• [Presentation] 臭化テトラデシルトリメチルアンモニウム-テトラデシルホスホコリン混合吸着膜およびミセルにおける分子のパッキングと混和性 (2016)
  • Author(s): 早瀬はるな、平城慎也、伊奈稔哲、新田清文、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道教育大学旭川校
  • Year and Date: 2016-09-22
• [Presentation] ヘキサンーペルフルオロヘキサン混合油／水界面における1H,1H,2H,2H-ペルフルオロドデカン-1-オールの吸着膜に関する研究 (2016)
  • Author(s): 押川泰士、佐藤翔平、伊奈稔哲、新田清文、谷田肇、宇留賀朋哉、今井洋輔、瀧上隆智
  • Organizer: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道教育大学旭川校
  • Year and Date: 2016-09-22
• [Presentation] 細胞サイズ空間で創発する膜とコロイドの動的カップリング (2016)
  • Author(s): 濵田勉
  • Organizer: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道教育大学旭川校
  • Year and Date: 2016-09-22
  • Invited
• [Presentation] 臨界組成を持つリポソームに吸着したコロイドのブラウン運動 (2016)
  • Author(s): 永井健、太田有紀、執行航希、濵田勉
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Domain Formation and Line Tension in Adsorbed Films at Oil/Water Interfaces (2016)
  • Author(s): T. Takiue, R. Fukuhara, K. Mitani, S. Hiraki, H. Tanida, K. Nitta, T. Ina, T. Uruga
  • Organizer: 6th International Colloids Conference
  • Place of Presentation: Berlin/Germany
  • Year and Date: 2016-06-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Miscibility and Structure of Mixed Adsorbed Films of n-Tetradecylphosphocholine and Cholesterol at Liquid/Liquid Interfaces (2016)
  • Author(s): S. Hiraki, H. Tanida, K. Nitta, T. Ina, T. Uruga, H. Matsubara, M. Aratono, T. Takiue
  • Organizer: 6th International Colloids Conference
  • Place of Presentation: Berlin/Germany
  • Year and Date: 2016-06-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 人工細胞モデルの構築と動態制御 (2016)
  • Author(s): 濵田勉
  • Organizer: 分子系の複合電子機能第181委員会 第25回研究会
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス
  • Invited
• [Remarks] ソフト界面化学研究室
  • URL: http://www.artsci.kyushu-u.ac.jp/~softinterface/
• [Remarks] http://www.artsci.kyushu-u.ac.jp/~softinterface/
• [Remarks] http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/hamada/
• [Funded Workshop] 4th International Kyushu Colloid Colloquium (2016)
  • Place of Presentation: Nishijin Plaza/Fukuoka
  • Year and Date: 2016-09-27