微小空間内溶液のマルチイオン環境動的制御システム

• Project Area: Innovative nanoscience of supermolecular motor proteins working in biomembranes
• Project/Area Number: 21023002
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 梶 弘和 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (70431525)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西澤 松彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20273592)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥5,000,000 (Direct Cost: ¥5,000,000); Fiscal Year 2010: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2009: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000)
• Keywords: 導電性高分子 / イオンポンプ / 微小空間 / 電気化学

Research Abstract

導電性高分子を利用する有機イオンポンプの作製プロセスを改良した。電極アレイ基板とアガロースゲルのマイクロスタンプから成る電気化学リソグラフィー用のデバイスを作製した。アガロースゲルには臭化物イオンの溶液が染み込ませてあり、電極で生成される次亜臭素酸は、ゲル内を拡散し、スタンプ表面に輸送される。このデバイスを用いることで、スタンプと基板上のポリスチレンスルホン酸をドープしたpoly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT : PSS)薄膜パターンとの位置合わせが容易になり、PEDOT : PSS薄膜への過酸化領域の形成精度が向上した。
イオンポンプ機構を付与したPEDOT : PSS薄膜パターンに微小溶液チャンバーを設置し、ナトリウムイオンおよびカルシウムイオンの輸送を検討した。ソースチャンバーにナトリウムイオンの溶液、ターゲットチャンバーに当該イオンの蛍光プローブを満たし、過酸化領域を挟んだPEDOT : PSS薄膜間にポンプ駆動電圧を印加すると、過酸化領域のアウトレット付近から蛍光強度が上昇していく様子が観察され、ナトリウムイオンのターゲットチャンバーへの輸送が確認された。カルシウムイオンを用いた検討においても、同様の結果が得られた。これらの検討結果を踏まえ、二つのソースチャンバーとターゲットチャンバーをそれぞれ過酸化領域で接続したマルチイオン輸送デバイスを作製した。各イオンポンプは独立して駆動可能であり、ターゲットチャンバー内にタンパク質や細胞を配置することで、ダイナミックに変化するイオン環境との相互作用評価が可能になると期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Electrodes combined with an agarose stamp for addressable micropatterning (2010)
  • Author(s): S.Sekine
  • Journal Title: Langmuir Volume: 26 Pages: 11526-11529
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatiotemporal subcellular biopatterning using an AFM-assisted electroc hemical system (2009)
  • Author(s): S.Sekine
  • Journal Title: Electrochem.Commun. 11 Pages: 1781-1784
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 電気化学的手法を用いた導電性高分子イオンポンプの開発 (2010)
  • Author(s): 梶弘和
  • Organizer: 第36回日本生体エネルギー研究会 特定領域研究「革新的ナノバイオ」合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2010-11-18
• [Presentation] 導電性高分子を用いたイオン輸送デバイスの作製と評価 (2010)
  • Author(s): 中村覚
  • Organizer: 2010年電気化学秋季大会
  • Place of Presentation: 神奈川
  • Year and Date: 2010-09-02
• [Presentation] In-situ electrochemical processing of conductive polymer film for organic electronic ion pump (2009)
  • Author(s): 関根宗一郎
  • Organizer: International Symposium on Innovation Nanoscience of Supermolecular Motor Proteins Working in Biomembranes
  • Place of Presentation: Kyoto
• [Presentation] 電気化学的手法を利用した導電性高分子イオンポンプの作製と評価 (2009)
  • Author(s): 中村覚
  • Organizer: 第20回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 金沢
• [Presentation] 電気化学的手法を用いた導電性高分子イオンポンプ作製プロセスの検討 (2009)
  • Author(s): 関根宗一郎
  • Organizer: 2009年電気化学秋季大会
  • Place of Presentation: 東京