固体バイオ細孔をテンプレートとする磁性材料合成

• Project/Area Number: 22655054
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Chemistry related to living body
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 上野 隆史 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 特定拠点准教授 (70332179)
• Project Period (FY): 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2010: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: 蛋白質結晶 / バイオマテリアル / ナノ微粒子 / 超分子 / 磁気物性 / 多孔性材料

Research Abstract

本申請では、蛋白質結晶によって形成される細孔表面をアミノ酸側鎖が規則正しく配列した特異な反応場と考え、この細孔表面への精密な金属イオン集積を利用した磁性材料合成法の確立を目的とする。特に、蛋白質単結晶X線構造解析によって金属イオン集積構造を決定し、その構造を基軸に、結晶系や反応条件の違いによって細孔空間への精密な金属イオン配置を原子レベルで実現し、機能創出につなげる。それらの条件を満たす蛋白質としてリゾチームを用い、異なる結晶化条件によって作成した3種類のリゾチーム結晶CoPt磁性ナノ粒子の作成を行った。正方晶、斜方晶、単斜晶の架橋化結晶(CL-HEWL)へ、Co、Ptイオンを集積させ、その後NaBHで還元することにより、CoPt粒子を作成した。次に、SQUIDを用いてこれらCoPt・CL-HEWLsの磁化測定を行った。5Kの低温においていずれの結晶を用いた場合でもヒステリシスをともなった強磁性挙動を示すことがわかった。その磁性ナノ粒子の磁気物性の1つである保磁力が3つの結晶系によって異なり、斜方晶で最も大きい値を示すことがわかった。リゾチームを含むバッファー溶液中で同様にCoPt粒子を作成してもこのような大きな保磁力は生じない。また、従来の球状やチューブ状蛋白質内部や外部表面でのCoPtナノ粒子の保磁力に比べても大きな値となり、蛋白質結晶の特異な細孔の空間効果によって、大きな保磁力が得られ、CoPtの磁気的性質が変化することが明らかとなった。従って、蛋白質結晶空間が金属材料の機能を制御する分子テンプレートとして有用であることが示された。

Research Products

• [Journal Article] Post-Crystal Engineering of Zinc-Substituted Myoglobin to Construct a Long-lived Photo-induced Charge Separation System (2011)
  • Author(s): T.Koshiyama, M.Shirai, T.Hikage, H.Tabe, K.Tanaka, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Angew.Chem.Int. Ed. Volume: 50 Pages: 4849-4852
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dual modification of a triple-stranded β-helix nanotube with Ru and Remetal complexes to promote photocatalytic reduction of CO_2 (2011)
  • Author(s): N.Yokoi, Y.Miura, C.-Y.Huang, N.Takatani, H.Inaba, T.Koshiyama, S.Kanamaru, F.Arisaka, Y.Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 47 Pages: 2074-2076
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Incorporation of Organometallic Ru Complexes into Apo-Ferritin Cage (Selected in the 'New Talent : Asia' issue and hot paper). (2011)
  • Author(s): Y.Takezawa, P.Bockmann, N.Sugi, Z.Wang, S.Abe, T.Murakami, T.Hikage, G.Erker, Y Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Dalton.Trans. Volume: 40 Pages: 2190-2196
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Definite Coordination Arrangement of Organometallic Palladium Complexes Accumulated on the Designed Interior Surface of Apo-ferritin (Selected in the 'Emerging Investigators' issue and as a back cover) (2011)
  • Author(s): Z.Wang, Y.Takezawa, H.Aoyagi, S.Abe, T.Hikage, Y.Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Chem.Commun. Volume: 47 Pages: 170-172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Construction of Robust Bio-nanotube by Controlled Self-assembly of Component Proteins of Bacteriophege T4 (selected as an inside cover picture) (2010)
  • Author(s): N.Yokoi, H.Inaba, M.Terauchi, A.Z.Stieg, N.J.M.Sanghamitra, T.Koshiyama, K.Yutani, S.Kanamaru, F.Arisaka, T.Hikage, A.Suzuki, T.Yamane, J.K.Gimzewski, Y.Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Small Volume: 6 Pages: 1873-1879
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanism of Accumulation and Incorporation of Organometallic Pd Complexes into the Protein Nanocage of apo-Ferritin (2010)
  • Author(s): S.Abe, T.Hikage, Y.Watanabe, S.Kitagawa, T.Ueno
  • Journal Title: Inorg.Chem Volume: 49 Pages: 6967-6973
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 蛋白質集合体形成を利用した機能プログラミング (2011)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 新学術領域研究「配位プログラム」第2回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋(招待講演)
  • Year and Date: 2011-02-04
• [Presentation] Metal Coordination Designed in Discrete Space of Protein Cages (2011)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: Gordon Research Conference "Physiological Virology"
  • Place of Presentation: Ventura, CA, USA(招待講演)
• [Presentation] Bio-hybrid Meso-scale materials for Supramolecular Coordination Chemistry (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: Session 173 (Molecular Design in Bioinorganic Chemistry), Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Hawaii, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2010-12-20
• [Presentation] Metal Complexes Functionalized on Tubular Protein Architectures (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: Session 164 (Self-assembly and Coordinatic Chemistry), Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Hawaii, USA(招待講演)
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] 材料化学を指向した蛋白質分子設計 (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 分子科学研究所 所長招聘研究会「2020年の物質分子科学を語る」
  • Place of Presentation: 岡崎(招待講演)
  • Year and Date: 2010-12-01
• [Presentation] Bio-hybrid Meso-scale materials for Supramolecular Coordination Chemistry (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: UdS-Japanese JEPS Symposium on Supramolecular Nanomaterials Science
  • Place of Presentation: Institut de Science et d'Ingenierie Supramolecularies (ISIS), France(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-29
• [Presentation] 蛋白質を駆使した精密無機化学への挑戦 (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 京都大学 化学研究所 講演会
  • Place of Presentation: 宇治(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-12
• [Presentation] Coordination chemistry of porous protein crystals (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 60^<th> Anniversary Conference on Coordination Chemistry in Osaka
  • Place of Presentation: 大阪(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-28
• [Presentation] 蛋白質集合体を用いたメゾ分子構造体の機能化 (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 第4回バイオ関連化学シンポジウム「明日を拓くバイオ関連化学」
  • Place of Presentation: 大阪(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] 巨大蛋白質の合理的反応場設計 (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 第4回日本化学会 関東支部大会
  • Place of Presentation: 筑波(招待講演)
  • Year and Date: 2010-08-30
• [Presentation] 巨大蛋白質の配位化学 (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 第23回生物無機化学夏期セミナー
  • Place of Presentation: 河口湖(招待講演)
  • Year and Date: 2010-08-29
• [Presentation] Metal Coordination Designed in Discrete Space of Protein Cages (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: The 5^<th> Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • Place of Presentation: Kaohsiung, Taiwan(招待講演)
• [Presentation] Metal Coordination Designed in Discrete Space of Protein Assembly (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 8^<th> China-Japn Joint Symposium on Metal Cluster Compounds
  • Place of Presentation: Xi'an, China(招待講演)
• [Presentation] Catalytic Reactions Designed using Protein Scaffolds from Artificial Enzymes to Protein Nanocage Reactors (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: NIMS 2010 Conference
  • Place of Presentation: Tsukuba, Japan(招待講演)
• [Presentation] Nanotube Architectures Designed from Component Proteins of Bacteriophage T4 (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Organizer: 5^<th> International Symposium on Macrocyclic & Supramolecular Chemistry
  • Place of Presentation: Nara, Japan(招待講演)
• [Book] Biocatalysis and Enzyme Stability in Ionic Liquids Book Chapter in Green Solvents, Properties and Applications in Chemistry (2011)
  • Author(s): Nusrat J.M.Sanghamitra, T.Ueno
  • Publisher: Springer publication
• [Book] "配位化学による蛋白質集合体の機能設計"金属と分子集合 (2010)
  • Author(s): 上野隆史
  • Total Pages: 19
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks]
  • URL: http://www.kitagawa.icems.kyoto-u.ac.jp/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 蛋白質結晶を用いた複合材料及びその製造方法 (2010)
  • Inventor(s): 上野隆史、安部聡、北川進
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人京都大学
  • Filing Date: 2010-12-28
  • Overseas