2012 Fiscal Year Research-status Report
３次元走査型原子間力顕微鏡による生体膜／生体液界面のナノ空間計測
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23710142
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
淺川 雅 金沢大学, バイオAFM先端研究センター, 助教 (90509605)
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| Keywords | ナノバイオサイエンス / 原子間力顕微鏡 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、生体膜と生体液の界面に形成される水和構造や脂質頭部-イオン複合体の3次元空間分布を分子スケールで直接計測する３次元走査型原子間力顕微鏡（3D-SFM）を開発することである。初年度（平成23年度）には、観察用液体の蒸発を抑える新しい密閉型のSFM計測セルを設計・製作し、特許出願を行なった。これにより脂質膜を液中で再現性良くAFM観察できる環境が整った。そこで本年度（平成24）は、リン脂質DPPCおよびDPPC/DOPC相分離膜の液中3D-SFMを行なうことを計画した。
まず研究計画に沿ってDPPCの単一分子からなる脂質二重層をマイカ上に形成し、HEPES緩衝液中で3D-SFM観察した。その結果、極性脂質頭部と水分子の相互作用によって形成される水和構造がサブナノメートルの空間分解能で可視化できることを明らかにした。さらに表面で揺動する脂質頭部の3次元空間分布も同時に可視化できることを示した。次にDPPC(ゲル相)およびDOPC(流動相)の相分離構造を有する脂質二重層のAFM計測を行なった。この脂質二重層にはDOPC領域内に約1 nm高くなったDPPCの島状相分離構造を確認できた。それを高分解能AFM観察するとDPPC/DOPCの境界領域にはDPPCの六方充填構造を反映した直線的な構造が表れた。そのDPPC/DOPC境界領域を3D-SFMで計測すると、DPPC領域とDOPC領域とで3次元空間に広がる相互作用力が大きく異なることが分かった。長距離斥力に着目して詳細に解析すると、流動性の高いDOPC領域で長距離斥力の減衰距離が大きくなることが分かった。
以上の成果より、3D-SFM計測により生体膜/生体液界面の水和構造や表面揺動構造の可視化に加え、長距離力から脂質膜の流動性などの情報を同時に取得できる可能性があることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は、脂質二重膜/水界面および脂質相分離構造/水界面を3次元SFM計測し、3次元空間に広がる力分布を可視化することを研究目的とした。
脂質二重膜/水界面の３D-SFM計測では、水和構造・表面揺動構造のサブナノメートル分解能での可視化に成功し、その成果を学術論文にまとめて発表した。さらに脂質相分離構造/水界面の３D-SFM計測では、DPPC/DOPC相分離二重膜を用いた実験を行い、脂質膜の流動性に起因する長距離力の変化を3次元空間で可視化できることを明らかにした。
これらの成果は、研究計画で期待された通りであり、概ね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのDPPC/DOPC相分離膜の３D-SFM計測から、脂質二重層内におけるナノスケールの流動性や電荷分布が長距離力の3次元空間分布として計測できることが示唆されている。
これを踏まえた今後の研究方針として、DOPC/スフィンゴミエリン/コレステロールなど実際の生体膜を模倣した研究モデルとして用いられる脂質二重膜を調製し、３D-SFM計測によって水和構造・表面揺動構造に加えて流動性などの定量的情報が同時に取得できるか検討する。さらにDPPC/DPPS（双性イオン/アニオン性）など表面電荷が異なる分子を用いた脂質二重層を調製し、表面構造・電荷に伴って水和構造がどのように変化するか明らかにする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
生体膜モデルを調製するための脂質分子・溶媒など化学試薬が主な支出となる。さらに初年度に作製した密閉型セルの改良も計画しているため、機械部品の加工費も支出予定である。さらに本課題の最終年度であるので学会発表や論文投稿も複数予定しており、それらに関する支出も計画している。
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Research Products
(7 results)
