ナノ加工スライドガラスを用いた次世代一分子イメージング法の開発

• Project/Area Number: 18710113
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nanomaterials/Nanobioscience
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 谷井 孝至 Waseda University, 理工学術院, 准教授 (20339708)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2007: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2006: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 一分子観察 / ナノ加工 / 生体分子間相互作用

Research Abstract

従来の一分子蛍光イメージング法では観察不可能であった、大きな解離定数を有する弱い生体分子間相互作用を観察できる次世代のイメージング法を開発することを目的として本研究を推進した。この新手法は、生体分子を固定するスライドガラスに金属のナノ開ロを配列形成し、そのナノ開口内に閉じ込められる近接場をプローブとして一分子同士の相互作用をリアルタイムで可視化する。すなわち、溶液中に浮遊する多数のタンパク質の中の1分子が、ナノ開口内に固定したタンパク質1分子と結合・解離する瞬間を観察可能にするものである。
(1)金属ナノ開口の形状とタンパク質の配置を工夫することにより、原理的に10μMの高濃度色素存在下で一分子イメージングできることを計算機シミュレーションにより明らかした。
(2)「金属ナノ開口形状とタンパク質配置」に関する2種類の実現方法を特許出願した。具体的には、金属ナノ開口の底部を掘り下げ、観察領域をニアフィールドではなく、ファーフィールドに配置することが、高いS/Nと信号強度を同時に獲得できる鍵となる。
(3)一分子蛍光強産とS/N比を実測し、1μMまでの高濃度色素存在下においては明瞭に一分子観察できることを証明した。これ以上の濃度においては、背景光ノイズが上昇しS/N比が低下し始める。
(4)シャペロニンGroELとコシャペロニンGroESをモデルタンパク質として用い、1μMの蛍光標識GroES溶液中でのGroEL-GroES間一分子相互作用リアルタイムイメージングに成功した。
(5)これまで提唱されていた、GroEL-GroES間の結合モデルに関する2つの相矛盾する定説、すなわち「フットボール型結合モデル」と「ツーストローク型結合モデル」に関して検証し、後者の妥当性を明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Single molecule imaging of Chaperonin functions using zero-mode waveguides (2007)
  • Author(s): Ueno T, Tanii T, et. al.
  • Journal Title: BIOPHYSICAL JOURNAL 554A-554A
• [Journal Article] Ultrasensitive detection of biomolecules using functionalized multi-walled carbon nanotubes (2007)
  • Author(s): P-A. Hu, T. Tanii, G-J. Zhang, T. Hosaka, I. Ohdomari I
  • Journal Title: SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL 124 Pages: 161-166
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selectivity Improvement inprotein nanopatterning with a hydroxy-terminated self-assembled monolayer template (2007)
  • Author(s): Takeo MIYAKE, Takashi TANII, et. al.
  • Journal Title: Nanotechnology 18 Pages: 305034-305034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein Adsorption on Self-Assembled Monolayers Induced by Surface Water Molecule (2007)
  • Author(s): Yuzo Kanari, Takashi Tanii, et. al.
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. 46 Pages: 3277-3282
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel approach to Au nanoparticle-based identification of DNA nanoarrays (2007)
  • Author(s): Guo-Jun Zhang, Takashi Tanii, et. al.
  • Journal Title: Frontiers in Bioscience 12 Pages: 4773-4778
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of Nanopatterns by a Combination of Electron Beam Lithography and a Self-Assembled Monolayer for an Antibody Nanoarray (2007)
  • Author(s): G-J. Zhang, T. Tanii, et. al.
  • Journal Title: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7 Pages: 410-417
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of Nanopatterns by a Combination of Electron Beam Lithography and a Self-Assembled Monolayer for an Antibody Nanoarray (2007)
  • Author(s): G-J.Zhang, T.Tanii, Y.Kanari, I.Ohdomari
  • Journal Title: Journal of Nanoscience and Nanotechnology 7 Pages: 410-417
• [Journal Article] Nanometer-Sized Polyradical Particles; Organic Magnetic Dot Array Formed on a Silicon Microfabricated Substrate (2006)
  • Author(s): M.Tanaka, S.Imai, T.Tanii, Y.Numao, N.Shimamoto, I.Ohdomari, H.Nishide
  • Journal Title: Journal of Polymer Science A Pages: 521-530
• [Journal Article] Nanopatterning of hydroxy-terminated self-assembled monolayer taking advantage of terminal group modification (2006)
  • Author(s): T.Miyake, T.Tanii, K.Kato, T.Hosaka, Y.Kanari, H.Sonobe, I.Ohdomari
  • Journal Title: Chemical Physics Letters 426 Pages: 361-364
• [Journal Article] シリコンナノ構造配列の作製とバイオアプリケーション (2006)
  • Author(s): 谷井孝至, 大泊巌
  • Journal Title: 金属 76 Pages: 41-47
• [Journal Article] Packing of submeter-sized polysterene particles within the micrometer-sized recessed patterns on silicon substrate (2006)
  • Author(s): M.Tanaka, N.Shimamoto, T.Tanii, I.Ohdomari, H.Nishide
  • Journal Title: Science and Technology of Advanced Materials 7 Pages: 451-455
• [Presentation] 有機シラン単分子膜レジストへの電子線照射効果の解析 (2008)
  • Author(s): 三宅丈雄、谷井孝至、他
  • Organizer: 春季第55回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 船橋日大、千葉
• [Presentation] 金属ナノホールを用いたシャペロニン相互作用の1分子イメージング (2007)
  • Author(s): 園部弘典, 谷井孝至, 他
  • Organizer: 秋季第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道工業大学、札幌
• [Presentation] 有機シラン単分子膜マイクロパターン基板を用いた細胞接着能評価III (2007)
  • Author(s): ほあん ぶ、谷井 孝至、他
  • Organizer: 秋季第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道工業大学、札幌
• [Presentation] 機シラン単分子膜マイクロパターン基板を用いた細胞接着能評価II (2007)
  • Author(s): 別府佑一、谷井孝至、 他
  • Organizer: 秋季第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道工業大学、札幌
• [Presentation] 有機シラン単分子レジストヘの電子線照射効果の解析 (2007)
  • Author(s): 三宅丈雄、谷井孝至、 他
  • Organizer: 秋季第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道工業大学、札幌
• [Presentation] 大規模分子シミュレーションによる有機シランSAM/Si02界面構造に関する研究 (2007)
  • Author(s): 山本英明、谷井孝至、他
  • Organizer: 第27回表面科学講演大会
  • Place of Presentation: 東京大学、東京
• [Presentation] ナノホールアレイを用いたタンパク質問相互作用の1分子イメージング (2007)
  • Author(s): 三宅丈雄、谷井孝至、他
  • Organizer: 第27回表面科学講演大会
  • Place of Presentation: 東京大学、東京