| Project/Area Number |
22K05133
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
越山 友美 立命館大学, 生命科学部, 准教授 (30467279)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 細胞膜 / 赤血球ゴースト / 水素発生 / 光反応 / 金属ナノ粒子 / 錯体 / 触媒反応 / 機能性分子 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、非対称な細胞膜構造を利用することで機能性分子を階層的に集積化し、① エネルギー移動反応、② 電子移動反応、および ③ 触媒反応が連動した触媒反応システムの構築とその反応機構解明を目指す。本研究の達成により、細胞膜空間を新たな反応場として利用するための分子設計指針を確立し、異なる化学反応が連動した高度な触媒反応システムの創製につなげる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、細胞膜である赤血球膜への機能性分子の空間配置による触媒反応システムの構築とその反応機構解明により、細胞膜空間を反応容器として利用するための分子設計指針の確立を進めた。近年、高活性、高機能な多種多様な機能性分子が開発されているものの、単独分子による機能には限りがあることから、それらを複合化し、異なる化学反応が連動したより高度な触媒反応システムの創製が求められている。機能性分子を集積化するための空間として、リポソーム・ベシクルなどの球状人工膜がよく用いられているが、対称膜であるため分子配向や配置の制御が難しい。そこで本研究では、「網目状蛋白質ネットワーク」と「脂質膜」からなる非対称な赤血球膜構造を利用することで機能性分子を階層的に集積化し、エネルギー移動／電子移動／触媒反応が連動した触媒反応システムの構築を目指した。本年度は、赤血球膜を用いた光水素発生システムの構築に取り組み、光増感剤としてRu(bpy)3錯体、触媒として白金ナノ粒子を担持した赤血球膜を作製し、電子メディエーターと犠牲還元試薬の存在下、白色光照射により水素が発生することを確認した。赤血球膜に担持しない場合に比べて活性が高く、膜への機能性分子の集積化の効果がみられた。さらに、水素発生量の時間追跡、および反応途中の溶液の分光測定により、反応の律速段階や失活過程などの反応機構の解明を行い、赤血球膜を用いた光水素発生システムの最適化に取り組んだ。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、反応過程の分光学的解析、および光水素発生反応の評価を進めることができた。網目状蛋白質ネットワークのシステイン残基にRu(bpy)3錯体を化学修飾し、さらに、網目状蛋白質ネットワーク上に白金ナノ粒子を固定化した赤血球膜（Ru/PtNP赤血球膜）を作製した。また、白金ナノ粒子のみを固定化した赤血球膜（PtNP赤血球膜）も作製した。Ru/PtNP赤血球膜に電子伝達体と犠牲還元試薬を添加し光を照射すると水素が発生した。また、PtNP赤血球膜にRu(bpy)3錯体、電子伝達体と犠牲還元試薬を添加した系でも水素が発生し、Ru/PtNP赤血球膜の系に比べて水素発生量は向上した。さらに、電子移動過程の分光学的解析（蛍光寿命測定など）により両者の活性効率の違いを明らかとし、赤血球膜を用いた高効率な触媒反応システム構築のための知見を得ることができた。以上のことから、研究はおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
test本年度得られた光水素発生システムの結果をもとに、さらなる活性の効率化に取り組む。例えば、光増感剤の種類を変化させたり、白金ナノ粒子の表面修飾により電子伝達体から白金ナノ粒子への電子移動を促進させるなど、電子移動過程の改善に取り組む。さらに、赤血球膜が反応システム構築の足場として有用であることが示されたことから、光水素発生反応のみならず、二酸化炭素の光還元などの他の触媒反応システムの構築も進める予定である。
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