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2021 Fiscal Year Annual Research Report

生体分子の分子認識プロセスの時空間的スケールギャップ問題の解決のための基礎研究

Research Project

Project/Area Number 19H02565
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

林 智広  東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (30401574)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 石田 忠  東京工業大学, 工学院, 准教授 (80517607)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywordsナノバイオサイエンス / 生体分子
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、生体分子の分子認識系における微視的な1分子・ナノ秒の分子結合ダイナミクスと、巨視的な分子集団における秒~時間スケールで観察される分子結合カイネティクスの間に、双方向に議論可能な新しい反応速度論を構築することであった。これは、微視的な1分子・高時間分解能の結合相互作用力測定と巨視的な分子吸着カイネティクス解析を行うことによって達成を目指した。
具体的には、ナノ秒スケールの1分子結合ダイナミクス(微視レベル)と秒から時間スケールの結合・反応カイネティクス(巨視レベル)の相関を、様々な分子環境(温度、塩濃度、pH、分子夾雑状態など)において解析した。微視的な結合ダイナミクスの情報を用いて巨視的な反応次数、速度定数の定式化を行い、これにより巨視的な観測から微視的な知見を得るための方法論を提案した。
この研究により、経験則に頼らない理論的裏付けのあるバイオセンサー表面の設計、体内環境を擬似的に再現する分子シミュレーションなどへと繋がる基盤学理・技術の創成を目指した。結果として、微視的な結合ダイナミクスと巨視的な反応カイネティクスの間に新しい反応速度論を構築することが可能となった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

  • Research Products

    (52 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (19 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 13 results,  Open Access: 14 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 7 results) Book (2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Formation and Thermal Stability of Ordered Self-Assembled Monolayers by the Adsorption of Amide-Containing Alkanethiols on Au(111)2023

    • Author(s)
      Son Young Ji、Han Jin Wook、Kang Hungu、Seong Sicheon、Han Seulki、Maeda Shoichi、Chikami Shunta、Hayashi Tomohiro、Hara Masahiko、Noh Jaegeun
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Pages: 3241~3241

    • DOI

      10.3390/ijms24043241

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Investigation of Three-Dimensional Bacterial Adhesion Manner on Model Organic Surfaces Using Quartz Crystal Microbalance with Energy Dissipation Monitoring2023

    • Author(s)
      Glenn Villena Latag, Taichi Nakamura, Debabrata Palai, Evan Angelo Quimada Mondarte, and Tomohiro Hayashi
    • Journal Title

      ACS Appl Bio Mater

      Volume: 6 Pages: 1185-1194

    • DOI

      10.1021/acsabm.2c01012

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Investigation of hydration states of ionic liquids by Fourier transform infrared absorption spectroscopy: relevance to stabilization of protein molecules2023

    • Author(s)
      Navin Rajapriya Inbaraj, Subin Song, Ryongsok Chang, Kyoko Fujita, Tomohiro Hayashi
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 39 Pages: 2558-2568

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.2c02851

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Formation and superlattice of long-range and highly ordered alicyclic selenolate monolayers on Au(1 1 1) studied by scanning tunneling microscopy2022

    • Author(s)
      Hungu Kang, Hyerim Jeong, Sicheon Seong, Seulki Han, Young Ji Son, Hiroyuki Tahara, Tomohiro Hayashi, Hyo Jae Yoon, Jaegeun Noh
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 572 Pages: 151454

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2021.151454

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Analysis of Vicinal Water in Soft Contact Lenses Using a Combination of Infrared Absorption Spectroscopy and Multivariate Curve Resolution2022

    • Author(s)
      Shoichi Maeda, Shunta Chikami, Glenn Villena Latag, Subin Song, Norio Iwakiri, Tomohiro Hayashi
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 27 Pages: 2130

    • DOI

      10.3390/molecules27072130

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Interphase Protein Layers Formed on Self-Assembled Monolayers in Crowded Biological Environments: Analysis by Surface Force and Quartz Crystal Microbalance Measurements2022

    • Author(s)
      Evan Angelo Quimada Mondarte, Elisa Margarita Zamarripa, Ryongsok Chang, Fan Wang, Subin Song, Hiroyuki Tahara, Tomohiro Hayashi
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 38 Pages: 1324-1333

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c02312

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Prediction of Serum Adsorption onto Polymer Brush Films by Machine Learning2022

    • Author(s)
      Debabrata Palai, Hiroyuki Tahara, Shunta Chikami, Glenn Villena Latag, Shoichi Maeda, Chisato Komura, Hideharu Kurioka, Tomohiro Hayashi
    • Journal Title

      ACS Biomater. Sci. Eng.

      Volume: 8 Pages: 3765-3772

    • DOI

      10.1021/acsbiomaterials.2c00441

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 機械学習を用いたバイオインターフェースの設計: 単分子膜を用いた検証から高分子膜への展開2022

    • Author(s)
      Debablata Palai, 千頭 俊太, 前田 翔一, 田原 寛之, 林 智広
    • Journal Title

      表面と真空

      Volume: 65 Pages: 10-14

    • DOI

      10.1380/vss.65.10

    • Open Access
  • [Journal Article] 表面・界面科学の手法による生体分子・細胞と人工材料の界面の分子プロセスの解析2022

    • Author(s)
      林智広
    • Journal Title

      バイオマテリアル ‐生体材料‐

      Volume: 40 Pages: 38-43

  • [Journal Article] 表面科学の手法を用いたバイオマテリアル近傍の水の解析2022

    • Author(s)
      林智広
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 121 Pages: 7-10

  • [Journal Article] 表面・界面・情報科学の融合による抗付着性コーティング材料の設計2022

    • Author(s)
      林智広
    • Journal Title

      日本金属学会会報「まてりあ」

      Volume: 61 Pages: 765-768

  • [Journal Article] 情報科学を用いた生体適合性単分子膜・高分子コーティングの設計2022

    • Author(s)
      林智広
    • Journal Title

      成形加工

      Volume: 34 Pages: 398-401

    • DOI

      10.4325/seikeikakou.34.398

  • [Journal Article] Surface structure and work function change of pentafluorobenzeneselenolate self-assembled monolayers on Au (111)2022

    • Author(s)
      Sicheon Seong, Hungu Kang, Seulki Han, Young Ji Son, Jiung Jang, Hyo Jae Yoon, Shoichi Maeda, Subin Song, Debabrata Palai, Tomohiro Hayashi, Jaegeun Noh
    • Journal Title

      Surfaces and Interfaces

      Volume: 33 Pages: 102228

    • DOI

      10.1016/j.surfin.2022.102228

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Experimental Characterization of Water Condensation Processes on Self-Assembled Monolayers Using a Quartz Crystal Microbalance with Energy Dissipation Monitoring2022

    • Author(s)
      Song, Subin, Latag, Glenn Villena, Mondarte, Evan Angelo Quimada, Chang, Ryongsok, Hayashi, Tomohiro
    • Journal Title

      Micro

      Volume: 2 Pages: 513-523

    • DOI

      10.3390/micro2030033

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Protein- and Cell-Resistance of Zwitterionic Peptide-Based Self-Assembled Monolayers: Anti-Biofouling Tests and Surface Force Analysis2021

    • Author(s)
      Ryongsok Chang, Evan Angelo Quimada Mondarte, Debabrata Palai, Taito Sekine, Daiki Murakami, Masaru Tanaka, Tomohiro HayashiAki Kashiwazaki,
    • Journal Title

      Frontiers in Chemistry, Sec. Physical Chemistry and Chemical Physics

      Volume: 9 Pages: 748017

    • DOI

      10.3389/fchem.2021.748017

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Tyrosine-based photoluminescent diketopiperazine supramolecular aggregates2021

    • Author(s)
      Noritaka Shimosaraya,Taichi Sotani, Yu Miyagi, Evan Angelo Quimada Mondarte, Kasinan Suthiwanich, Tomohiro Hayashi , Yuuya Nagata, Hiromitsu Sogawa, Fumio Sanda
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 18 Pages: 137-145

    • DOI

      10.1039/D1SM01206A

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Chemical force spectroscopic mapping of nanoparticle-embedded polyester fiber by atomic force microscopy2021

    • Author(s)
      Taichi Nakamura, Evan Angelo Quimada Mondarte, Hiroyuki Tahara, Ryongsok Chang, Tomohiro Hayashi
    • Journal Title

      Molecular Crystals and Liquid Crystals

      Volume: 728 Pages: 52-58

    • DOI

      10.1080/15421406.2021.1946977

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dendronized oligoethylene glycols with phosphonate <i>tweezers</i> for cell-repellent coating of oxide surfaces: coarse-scale and nanoscopic interfacial forces2021

    • Author(s)
      Czajor Julian、Abuillan Wasim、Nguyen Dinh Vu、Heidebrecht Christopher、Mondarte Evan A.、Konovalov Oleg V.、Hayashi Tomohiro、Felder-Flesch Delphine、Kaufmann Stefan、Tanaka Motomu
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 11 Pages: 17727~17733

    • DOI

      10.1039/D1RA02571F

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] AIを用いたバイオマテリアル設計2021

    • Author(s)
      林 智広
    • Journal Title

      工業材料

      Volume: 69 Pages: 59

  • [Presentation] Prediction of serum adsorption onto polymer brush films by machine learning2022

    • Author(s)
      Shunta Chikami, Tomohiro Hayashi
    • Organizer
      第32回日本MRS年次大会
  • [Presentation] Investigation of hydration states of protein stabilizing ionic liquids by ATR-IR and 1H-NMR spectroscopy2022

    • Author(s)
      Navin Rajapriya INBARAJ, Subin SONG, Ryongsok CHANG, Kyoko FUJITA, Tomohiro HAYASHI
    • Organizer
      第32回日本MRS年次大会
  • [Presentation] Influence of UV/ozone treatment of polymer surfaces on the enhancement of cell adhesion2022

    • Author(s)
      Riko KAIZU, Hiroyuki TAHARA, Glenn Villena LATAG, Tomohiro HAYASHI
    • Organizer
      第32回日本MRS年次大会
  • [Presentation] Investigation of Bacterial Adhesion on Various Surfaces using Quartz Crystal Microbalance with Energy Dissipation (QCM-D) Monitoring2022

    • Author(s)
      Glenn Villena Latag, Taichi Nakamura, Evan Angelo Quimada Mondarte, Tomohiro Hayashi
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Investigation of bacterial adhesion on self-assembled monolayers using quartz crystal microbalance with energy dissipation monitoring2022

    • Author(s)
      Glenn Villena LATAG, Taichi NAKAMURA, Debabrata PALAI, Evan Angelo Quimada MONDARTE, Tomohiro HAYASHI
    • Organizer
      第32回日本MRS年次大会
  • [Presentation] Insertion process of DNA nanopores into supported lipid bilayers2022

    • Author(s)
      Zugui PNEG, Glenn Villena LATAG, Hiroyuki TAHARA, Tomohiro HAYASHI, Tohru YAGI
    • Organizer
      第32回MRS年次大会
  • [Presentation] A new interface-sensitive analytical method based on a combination of linear spectroscopy and informatics2022

    • Author(s)
      Subin Song, Tomohiro Hayashi
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Viscoelasticity of water layers on model organic surfaces: analyses by quartz crystal microbalance with energy dissipation monitoring2022

    • Author(s)
      Subin SONG, Glenn Vilena LATAG, Evan Angelo Quimada MONDARTE, Ryongsok CHANG, Tomohiro Hayashi
    • Organizer
      第32回MRS年次大会
  • [Presentation] Evaluation of viscoelasticity of water layers on model solid surfaces by quartz crystal microbalance with energy dissipation monitoring (QCM-D)2022

    • Author(s)
      Subin Song, Evan Angelo Mondarte, Tomohiro Hayashi
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Visualization of RGD distribution formed on material surfaces with nanoscale resolution2022

    • Author(s)
      Hiroyuki Tahara, Ryongsok Chang, Evan Angelo Quimada Mondarte, Tomohiro Hayashi
    • Organizer
      第32回日本MRS年次大会
  • [Presentation] 高分子表面へのUVオゾン処理の細胞接着への影響とそのメカニズム2022

    • Author(s)
      海津莉子, 林智広
    • Organizer
      第3回日本Aquaphotomics研究会
  • [Presentation] 機械学習による抗バイオファウリングな高分子ブラシ膜の物理・化学構造の評価2022

    • Author(s)
      千頭俊太, 前田翔一, 林智広
    • Organizer
      第3回日本Aquaphotomics研究会
  • [Presentation] ソフトコンタクトレンズの界面水の水素結合状態の解析2022

    • Author(s)
      前田翔一, 千頭俊太, Subin Song, Glenn Latag, 林智広
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 減衰全反射赤外分光法と多変量曲線分離法を用いたソフトコンタクトレンズの水和水の解析2022

    • Author(s)
      前田翔一,千頭俊太, Subin Song, 林智広
    • Organizer
      第3回日本Aquaphotomics研究会
  • [Presentation] 固体表面に形成された細胞認識サイトのナノスケール分解能での可視化2022

    • Author(s)
      田原寛之, 張嶺碩, Evan Angelo Mondarte, 林智広
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 表面科学の手法を用いたバイオマテリアル近傍の水の解析2022

    • Author(s)
      林智広
    • Organizer
      電子情報通信学会 有機エレクトロニクス研究会(OME)
  • [Presentation] 線形分光と情報科学の融合による新しい界面選択的分光:コスト1/20のSFGは実現可能か?2022

    • Author(s)
      林智広
    • Organizer
      第3回日本Aquaphotomics研究会
  • [Presentation] 海外経験と異分野交流で得た研究のダイバーシティ2022

    • Author(s)
      林智広
    • Organizer
      日本バイオマテリアル学会大会
    • Invited
  • [Presentation] Design of novel RNA hydrogel materials made of self-assembling RNA higher-order structures2021

    • Author(s)
      Josephine Galipon, Karim Raqbi, Lala Ito, Arisa Tsuruoka, Masaru Tomita, Ryongsok Chang, Evan Angelo Quimada Mondarte, Tomohiro Hayashi, Hidemitsu Furukawa
    • Organizer
      第22回日本RNA学会年会
  • [Presentation] Data-driven prediction of protein adsorption on model organic surfaces: from self-assembled monolayers to polymer surfaces2021

    • Author(s)
      Debabrata Palai, Shunta Chikami, Shoichi Maeda, Tomohiro Hayashi
    • Organizer
      MRM 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Interactions at nanoscales at biointerfaces2021

    • Author(s)
      Subin Song, Fan Wang, Enkhriimaa Bat-Erdene, Tomohiro Hayashi
    • Organizer
      KJF-ICOMEP 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 固体表面上に吸着したタンパク質が形成する細胞認識サイトのナノスケール分解能での可視化2021

    • Author(s)
      田原寛之, 張嶺碩, Evan Angelo Quimada Mondarte, 林智広
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 抗付着性単分子膜が引き起こすナノメートルスケールの相互作用2021

    • Author(s)
      林 智広
    • Organizer
      第70回高分子討論会
  • [Presentation] バイオマテリアルの生体適合性のメカニズム解明およびデータ科学による材料設計2021

    • Author(s)
      林智広
    • Organizer
      S&Tセミナー
    • Invited
  • [Presentation] コンビナトリアル実験と情報科学の融合による生体材料の設計2021

    • Author(s)
      林智広
    • Organizer
      日本ゴム協会年次大会
    • Invited
  • [Presentation] 実験と機械学習によるバイオマテリアルの評価・設計: 実験科学者が使う情報科学2021

    • Author(s)
      林智広
    • Organizer
      電気学会
    • Invited
  • [Presentation] バイオ界面解析とインフォマティクスとの融合2021

    • Author(s)
      林智広
    • Organizer
      日本化学会 CSJ 化学フェスタ
    • Invited
  • [Presentation] バイオマテリアルの表面構造と界面相互作用2021

    • Author(s)
      林智広
    • Organizer
      物質・デバイス領域共同研究拠点 アライアンス研究会「バイオ界面水の役割と機能-生物相分離における界面科学」
    • Invited
  • [Presentation] マテリアルズインフォマティクスを利用した抗付着性表面の設計2021

    • Author(s)
      林智広
    • Organizer
      新化学技術推進協会(JACI) 材料分科会
    • Invited
  • [Book] 吸着技術の産業応用~基礎知識・吸着剤の特性・技術応用事例~2023

    • Author(s)
      大久保 貴広、濱本 芳徳、永廣 卓哉、林 智広など
    • Total Pages
      348
    • Publisher
      情報機構
    • ISBN
      978-4-86502-244-5
  • [Book] 製品利用に向けたバイオマテリアル開発の基本事項と注意点―材料の特徴・材料劣化・表面解析・安全性試験・ニーズ収集―2022

    • Author(s)
      塙 隆夫、菊池 正紀、田中 賢、林 智広など
    • Total Pages
      306
    • Publisher
      情報機構
    • ISBN
      978-4-86502-236-0
  • [Remarks] 林研究室WEBサイト

    • URL

      http://lab.spm.jp/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 分光法による界面領域の測定方法2022

    • Inventor(s)
      林智広,松田智昌,一色綾子
    • Industrial Property Rights Holder
      林智広,松田智昌,一色綾子
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2022-165788

URL: 

Published: 2023-12-25  

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