2016 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular-scale functional visualization of bio- and nano-materials by AFM functional probes
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24221008
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山田 啓文 京都大学, 工学研究科, 教授 (40283626)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 圭 京都大学, 工学研究科, 准教授 (40335211)
平田 芳樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (10357858)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノ計測 / 原子間力顕微鏡 / 水和構造計測 / ３次元フォースマップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、われわれがこれまで発展させてきた液中高分解能FM-AFMイメージング技術および多環境動作可能なデュアルプローブAFM技術に基づいて、生体膜上のさまざまな生体分子の機能・構造を分子スケールで識別して可視化する、新たな分子機能イメージング法を確立し、生体分子機能発現の微視的機構を解明することを目的としている。分子認識機能を担う生体分子の活性部位においては、その電荷密度の変化が機能発現に密接に関わっており、生体分子上における電荷密度計測は本質的に重要になる。一方、これまでの研究から、真空中の表面電荷計測に用いてきた静電気力顕微鏡のような電場変調による計測法を溶液環境に適用すると、電気二重層形成によって外部電界が遮蔽され、表面電荷計測は著しく困難なものとなる。われわれは、本研究において、拡散二重層の重なりによって生じる浸透圧力および静電気力を起源とする電気二重層力を検出することで、拡散二重層の３次元分布を測定し、界面における電荷分布を計測することが可能となることを見いだした。実際、３次元フォースマップ法を用いた電気二重層力計測によって、界面活性剤分子（ドデシル硫酸ナトリウム）がグラファイト固体基板上で形成する表面ミセル構造の帯電表面の電荷密度を得ることに成功した。また、３次元的な電気二重層力分布から局所電荷密度を求めるためには、境界条件を含むPoisson-Boltzmann方程式を解く必要があるが、われわれは、変形グリーン関数法という計算法を新たに開発し、これによって実験で得られた試料形状および電気二重層力分布からミセル構造の局所電荷密度を求めることにも成功した。また、生体分子への応用実験として、ポリLリジン膜上のDNA分子の電荷密度分布の計測にも成功した。得られたDNA上の電荷密度は、先行研究の巨視的計測法で得られた結果にほぼ一致した。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] F. Ito, K. Kobayashi, P. Spijker, L. Zivanovic, K. Umeda, T. Nurmi, N. Holmberg, K. Laasonen, A. S. Foster, and H. Yamada2016
Author(s)
F. Ito, K. Kobayashi, P. Spijker, L. Zivanovic, K. Umeda, T. Nurmi, N. Holmberg, K. Laasonen, A. S. Foster, and H. Yamada
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Journal Title
The Journal of Physical Chemistry C
Volume: 120
Pages: 19714-19722
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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