2021 Fiscal Year Annual Research Report
生体内石灰化におけるvital effectの物理化学的考察
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19H02009
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
川野 潤 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (40378550)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 道生 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (10647655)
豊福 高志 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭技術開発プログラム), 主任研究員 (30371719)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | バイオミネラリゼーション / 可視化 / 炭酸カルシウム / 非晶質相 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、炭酸カルシウムなどの生体硬組織の形成過程に関して近年注目されている、非晶質相を経由した鉱物形成メカニズムを明らかにすることを目的としている。そのために、生体内を模したゲル状物質内で炭酸カルシウムの合成実験を行い、蛍光プローブを用いてゲル内における炭酸カルシウム形成環境のpHおよびイオン濃度を可視化することにより、生体鉱物形成プロセスを物理化学的に理解することを目指した。
2020年度までの研究により、これまで水溶液環境で確立してきた可視化手法を、ゲル状物質内における炭酸カルシウムの合成実験に適用し、その形成過程に伴うpH変化を可視化することを試みてきた。その結果、ゲル状物質の両側からCaイオンとHCO3-イオンが拡散して炭酸カルシウムが形成する過程におけるpH変化の全貌を捉えることに成功しており、場所によるpH変化の傾向の違いが、形成する結晶の形態の違いに影響を及ぼしていることが示唆されている。2021年度は、北海道大学オープンファシリティー設置の共焦点レーザー顕微鏡を用いてpHの可視化を試み、ゲル内の３次元的なpH分布を可視化することに成功した。従来用いてきた蛍光顕微鏡では、形成した結晶周囲の局所的なpHの変化は観察されていなかったが、共焦点システムを用いた観察では、わずかなpHの違いが観察されているようにも見えている。この違いを鮮明に観察することができれば、形成する多形や形態の違いを、局所的な環境変化と関連付けて議論することが可能となる。
さらに比較のために、植物における非晶質相形成の例である、イネ科植物における非晶質シリカの形成過程についての検討を行った。イネ科植物から見出されたペプチドを用い、あるpH範囲で合成された非晶質シリカには、明らかに重合が促進された構造が確認されており、バイオミネラル形成における明確な役割が示された例として重要であると考えられる。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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