レーザによる葉緑体内への金微粒子導入とプラズモン増感

• Project/Area Number: 17034054
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto Prefectural University
• Principal Investigator: 石田 昭人 京都府立大学, 人間環境学部, 助教授 (20184525)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 椎名 隆 京都府立大学, 人間環境学部, 教授 (10206039)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥4,900,000 (Direct Cost: ¥4,900,000); Fiscal Year 2006: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000); Fiscal Year 2005: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: 葉緑体チラコイド / 表面プラズモン / 金コロイド / プラズモン増強励起 / 形質転換葉緑体 / マイクロ流体デバイス / 局在プラズモン / 金微粒子 / エネルギー移動 / 遺伝子導入 / プロトプラスト / 葉緑体工場

Research Abstract

葉緑体への金微粒子導入系のモデルとして、単離した葉緑体チラコイドを用いた。平滑金膜上にチラコイドを吸着させた系ではクロロフィルの蛍光励起スペクトルにプラズモン励起特有の長波長部増強がみられ、増感効果が実証された。一方、葉緑体チラコイドに金コロイドを吸着させて系では吸収スペクトル上に強いプラズモン吸収帯がみられるものの、蛍光励起スペクトルではサイレントであった。さらに、植物細胞の細胞壁を酵素分解したプロトプラストや葉緑体チラコイドに直接金コロイドを吸着させた場合、その光合成活性を著しく阻害することが明らかになった。金コロイドはそれ自体あるいはその表面電荷のために毒性を示すと考えられる。そこで、表面にアミノ基を修飾したガラス基板上にクエン酸コートした金コロイドを吸着させ、「ソフトプラズモン基板」とすることで、その上に葉緑体チラコイドを修飾することを試みた。金コロイドは吸着の程度によって大きく光学的特性が変化し、最適な吸着条件を探索することは容易ではない。そのため、我々はコンビナトリアル法を適用して検討を行った。
自動Zステージを用いてアミノ修飾したガラス基板を金コロイド溶液に徐々に浸漬し、金コロイドの修飾密度を傾斜させた基板を作製し、実験に供した。プラズモンの増強励起効果を検証するため、金コロイド吸着基板をアミノ基と反応する蛍光色素で修飾し、蛍光強度プロファイルを観測したところ、金コロイドを傾斜吸着させた基板上の特定のコロイド濃度領域において強い蛍光強度が得られることがわかった。この条件をもとにして、葉緑体チラコイドを吸着させ、マイクロフローセルで覆って電子受容体(DCIP)溶液を循環させ、ヒル反応活性から増感効果を検証した。

Research Products

• [Journal Article] Lanthanide Complex Strategy for Detection and Separation of Histidine-tagged Proteins (2007)
  • Author(s): Hiroshi Tsukube, Keiko Yano, Akito Ishida, Satoshi Shinoda
  • Journal Title: Chem.Lett. 36 Pages: 544-555
  • NAID: 10018881250
• [Journal Article] Disruption of the psbA gene by the copy correction mechanism reveals that the expression of plastid-encoded genes is regulated by photosynthesis activity (2007)
  • Author(s): M.Khan, W.Hameed, M.Nozoe, T.Shiina
  • Journal Title: J Plant Res. 120 Pages: 421-430
• [Journal Article] 金属ナノ構造体を用いるプラズモン増強励起蛍光分析 (2007)
  • Author(s): 石田昭人
  • Journal Title: 日本写真学会誌 70 Pages: 8-13
  • NAID: 10018577197
• [Journal Article] プラズモン・バイオエネルギー変換素子 (2006)
  • Author(s): 石田昭人, 椎名隆, 竹田津悠
  • Journal Title: 光アライアンス 18 Pages: 24-28
• [Journal Article] Surface plasmon enhanced excitation of photofunctional molecules in nanospace towards molecular plasmonics (2006)
  • Author(s): Ayako Fujii, Akito Ishida
  • Journal Title: Proc. SPIE. 5927
• [Journal Article] プラズモン増強電場を用いるナノスペース蛍光分析法の開発 (2005)
  • Author(s): 藤井亜矢子, 石田昭人
  • Journal Title: 化学と工業 58 Pages: 1317-1320
  • NAID: 10016772492
• [Journal Article] A nuclear-encoded sigma factor, Arabidopsis SIG6, recognizes sigma-70 type chloroplast promoters and regulates early chloroplast development in cotyledons. (2005)
  • Author(s): Ishizaki, Y., Tsunoyama, Y., Hatano, K., Ando, K., Kato, K., Shinmyo, A., Kobori, M., Takeba, G., Nakahira, Y., Shiina, T.
  • Journal Title: Plant J. 42 Pages: 133-144
• [Journal Article] Plastid RNA polymerases, promoters and transcription regulators in higher plants. (2005)
  • Author(s): Shiina, T., Tsunoyama, Y., Nakahira, Y., Khan, M.S.
  • Journal Title: Int.Rev.Cytology 244 Pages: 1-68
• [Journal Article] 葉緑体の秘めたるパワー (2005)
  • Author(s): 中平洋一, 椎名隆
  • Journal Title: 蛋白質・核酸・酵素 50 Pages: 1918-1920
• [Book] "Nanoplasmonics", Handai Nanophotonics Series, vol.2, Elsevier, Amsterdam (2006)
  • Author(s): Ayako Fujii, Akito Ishida
  • Total Pages: 316
  • Publisher: Elsevier, Amsterdam
• [Book] プラズモンナノ材料の設計と応用技術 (2006)
  • Author(s): 藤井亜矢子, 石田昭人
  • Total Pages: 340
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] Handai Nanophotohics vol 2., "Nanoplasmonics : From Fundamentals to Applications" (2006)
  • Author(s): A.Fujii, A.Ishida
  • Publisher: Elsevier
• [Book] Characterization of a plastid sigma factor AtSIG5 responsible for psbD light-responsive transcription. In "Photosynthesis : Fundamental Aspects to Global Perspectives" (2005)
  • Author(s): Nozoe, M., Ishizaki, Y., Tsunoyama, Y., Tsubokura, Y., Kato, K., Shinnmyo, A., Nakahira, Y., Shiina, T.
  • Publisher: International Society of Photosynthesis.
• [Patent(Industrial Property Rights)] 局在プラスモン増強センサ (2006)
  • Inventor(s): 山本 一喜, 石田 昭人
  • Industrial Property Rights Holder: 積水化学工業
  • Industrial Property Number: 2006-064132
  • Filing Date: 2006-03-09