2023 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of interaction between single cell and nanostructured surface to clarify the sterilization mechanism due to nanostructure
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21H01773
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
伊藤 健 関西大学, システム理工学部, 教授 (50426350)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小嶋 寛明 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 上席研究員 (00359077)
岩木 宏明 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (00368200)
田中 重光 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (20509822)
永尾 寿浩 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 統括研究員 (30416309)
田中 秀吉 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所, 室長 (40284608)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ナノ構造 / 殺菌性 / 単一細胞 / 電気化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、ナノレベルの突起物が物理的な作用により抗微生物性を発現することが知られている。ナノ構造に付着した細菌は、ナノ構造と細菌の物理的相互作用により細胞外皮が損傷し、やがて死に至ると考えられている。しかし、その詳細なメカニズムについては明らかになっていない。本研究では、メカニズムを解明するために単一細胞レベルでの評価を実施してきた。
具体的には、電気化学インピーダンス分光法(EIS)と蛍光顕微鏡観察を組み合わせることで電極表面と細胞の相互作用を単一細胞レベルで評価する技術を開発した。EBリソグラフィにより金ナノ構造を形成した後、直径20マイクロメートルのスルーホールを形成し、単一細胞をトラップできるウェルを作製した。このデバイスを使うことで、ウェル底部に作製したナノ構造電極に細菌が付着すると電子の授受が妨げられることでインピーダンスが増加する。インピーダンスの増加と蛍光顕微鏡像を同時計測する技術を開発した。この技術を用いて、蛍光たんぱく質を発現した大腸菌および蛍光物質を導入した疑似細胞（リポソーム）のナノ構造への付着と蛍光顕微鏡同時観察を実現した。その結果、大腸菌ではナノ構造に付着後に膜溶解に伴い蛍光強度が徐々に低下することが見られたが、リポソームでは、蛍光強度の低下がみられなかった。リポソームは、細菌の細胞膜より機械的特性が低いと考えられるため、上記の結果は単純な物理的膜破壊とは異なり、生物独自の機構が働いていることを示唆している。一方で、大腸菌とリポソームでは、寸法はほぼ同じであっても大腸菌は桿形、リポソームは球形であることからナノ構造から受ける物理作用が異なることも考えられ、今後はシミュレーションも活用した考察が必要である。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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