バイオとＭＥＭＳの融合－チャネル膜タンパクセンサの創製

• Project Area: Fusion Materials: Creative Development of Materials and Exploration of Their Function through Molecular Control
• Project/Area Number: 23107534
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kanagawa Academy of Science and Technology
• Principal Investigator: 川野 竜司 (財)神奈川科学技術アカデミー, バイオマイクロシステムプロジェクト, 研究員 (90401702)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2012: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2011: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 脂質二分子膜 / MEMS / チャネル膜タンパク質 / バイオセンサ

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではMEMS技術を利用して、小型チップ上に効率良く、安定して脂質膜を再構成できる計測プラットフォームを実現し、ロボットによる自動膜タンパク質解析システムを構築する。H23, H24年の二年間で以下の二つの課題に取り組んだ。

計測プラットフォーム構築－MEMS技術と液滴接触法の組み合わせによってマイクロ孔に安定な人工平面二分子膜を形成する。マイクロ孔中に形成した脂質膜の安定性を機械的振動や経時安定性を試験することで評価した。また接触法による高い安定性を持つ人工膜を利用して、脂質膜のアレイ化を行った。
チャネル膜タンパク質の再構成－人工脂質膜への膜タンパク質の導入は、精製した膜タンパク質をnmサイズのリポソームに再構成し、それらを平面膜上に展開することで行われる。再構成したチャネル膜タンパク質のチャネル電流計測を行なうことで人工膜中での、チャネル活性を評価した。またチャネル阻害剤を用いてチャネル開閉状態活性の計測を行い、創薬スクリーニング試験を試みた。

領域内共同研究についても活発に推進した。人工膜システムによるイオンチャネル計測法が確立できたので、これを用いて抗菌性ブロックポリマーの脂質二分子膜中におけるチャネル応答挙動の解明をA02青島グループと共同で進めた。またマイクロ流体技術を他の班員の研究へ応用・展開も行った。A03竹岡グループとは均一サイズのマイクロドロップレット中でシリカ微粒子のアモルファス二次結晶の作製・光学応用、A02奥村グループとはマイクロ流路中での粘性液体の浸透・混合現象解析、A03宮田グループとはマイクロ流路中での外部刺激応答性ゲルの合成、について共同研究を行った。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Droplet based lipid bilayer system integrated with microfluidic channels for solution exchange (2013)
  • Author(s): Y. Tsuji, R. Kawano, T. Osaki, K. Kamiya, N. Miki and S. Takeuchi
  • Journal Title: Lab on a Chip Volume: 13 Issue: 8 Pages: 1476-1481
  • DOI: 10.1039/c3lc41359d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spilt-and-Contact Device to Form Planar Lipid Bilayers (2013)
  • Author(s): Yutaro Tsuji
  • Journal Title: Proceedings of IEEE MEMS Volume: 1 Pages: 161-164
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intra/Extracellular Investigation for Ion Channels with Lipid Bilayer Array at the Single Molecule Level (2013)
  • Author(s): Ryuji Kawano
  • Journal Title: Proceedings of IEEE MEMS Volume: 1 Pages: 57-58
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid Perfusion System for Inhibition Investigation of Membrane Proteins in Planar Lipid Bilayer (2012)
  • Author(s): Yutaro Tsuji
  • Journal Title: Proceedings ofMicro TAS Volume: １ Pages: 683-685
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple and Stable Lipid Bilayer Formation: A Droplets Contacting Method using Parylene Micro-pores for Multiple Ion Channel Recordings (2011)
  • Author(s): 辻祐太郎
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines Volume: 131 Issue: 12 Pages: 419-424
  • DOI: 10.1541/ieejsmas.131.419
  • NAID: 10030533258
  • ISSN: 1341-8939, 1347-5525
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Intra/Extracellular Investigation for Ion Channels with Lipid Bilayer Array at the Single Molecule Level (2013)
  • Author(s): Ryuji Kawano
  • Organizer: IEEE MEMS2013
  • Place of Presentation: Taipei
  • Year and Date: 2013-01-20
• [Presentation] Spilt-and-Contact Device to Form Planar Lipid Bilayers (2013)
  • Author(s): Yutaro Tsuji
  • Organizer: IEEE MEMS2013
  • Place of Presentation: Taipei
  • Year and Date: 2013-01-20
• [Presentation] Rapid Perfusion System for Inhibition Investigation of Membrane Proteins in Planar Lipid Bilayer (2012)
  • Author(s): Yutaro Tsuji
  • Organizer: Micro TAS 2012
  • Place of Presentation: Okinawa
  • Year and Date: 2012-10-28
• [Presentation] Automated Drug Screening System for Ion Channel Proteins using Artificial Cell Membrane (2012)
  • Author(s): 川野竜司
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] 人工細胞膜を用いたイオンチャネル創薬スクリーニングシステム (2012)
  • Author(s): 川野竜司
  • Organizer: 第61回高分子討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] Solution Exchange of Droplet Contacting Lipid Bilayer System (2012)
  • Author(s): 辻祐太郎
  • Organizer: IEEE MEMS 2012
  • Place of Presentation: フランス、パリ
  • Year and Date: 2012-01-30
• [Presentation] バイオとMEMSの融合-チャネル膜タンパクアレイデバイスの創製 (2012)
  • Author(s): 川野竜司
  • Organizer: 第4回融合マテリアル公開シンポ
  • Place of Presentation: 大阪府、大阪市
  • Year and Date: 2012-01-30
• [Presentation] Automated Drug Screening System for Ion Channel Proteins Using Lipid Bilayer Arrays (2011)
  • Author(s): 川野竜司
  • Organizer: 第26回日本薬物動態学会
  • Place of Presentation: 広島県、広島市
  • Year and Date: 2011-11-17
• [Presentation] MEMSとバイオの融合-膜たんぱく質を用いたハイスループットスクリーニングス (2011)
  • Author(s): 川野竜司
  • Organizer: 第3回融合マテリアル国際シンポ
  • Place of Presentation: 三重県、鳥羽市(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-17
• [Presentation] Parallel Recognition of Single-stranded DNA Using a Biological Nanopore Array (2011)
  • Author(s): 辻祐太郎
  • Organizer: マイクロタス2011
  • Place of Presentation: アメリカ、シアトル
  • Year and Date: 2011-10-04
• [Presentation] Automated Drug Screening System for Ion Channel Protein (2011)
  • Author(s): 川野竜司
  • Organizer: マイクロタス2011
  • Place of Presentation: アメリカ、シアトル
  • Year and Date: 2011-10-03
• [Presentation] MEMS技術を用いた膜タンパクアレイによるバイオセンシング (2011)
  • Author(s): 川野竜司
  • Organizer: 第60回高分子討論会
  • Place of Presentation: 岡山県、岡山市
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] MEMS技術によるチャネル膜たんぱく質のアレイ化 (2011)
  • Author(s): 辻祐太郎
  • Organizer: 第60回高分子討論会
  • Place of Presentation: 岡山県、岡山市
  • Year and Date: 2011-09-29
• [Presentation] 膜たんぱく質ナノポアアレイを用いたDNAの1分子認識 (2011)
  • Author(s): 辻祐太郎
  • Organizer: 第28回センサマイクロシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京都、船堀
  • Year and Date: 2011-09-26
• [Presentation] バイオとMEMSの融合-チャネル膜タンパクアレイ創製 (2011)
  • Author(s): 川野竜司
  • Organizer: 第2回融合マテリアル公開シンポ
  • Place of Presentation: 福岡県
  • Year and Date: 2011-06-18
• [Presentation] Easy and Stable Lipid Bilayer Formation : A Droplets-Conacting-Method in parylane Micropores for Multiple Ion Channel Recordings (2011)
  • Author(s): 辻祐太郎
  • Organizer: tranceducers 2011
  • Place of Presentation: 中国、北京
  • Year and Date: 2011-06-06
• [Book] 液滴接触法を用いたチャネル型膜たんぱく質のハイスループット機能解析システムの開発 (2013)
  • Author(s): 6. 川野竜司
  • Total Pages: 5
  • Publisher: BIO INDUSTRY, CMC出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] 特願2012-254708 (2012)
  • Inventor(s): 川野竜司
  • Industrial Property Rights Holder: 川野竜司
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2012-11-20