2012 Fiscal Year Annual Research Report
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24360013
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
荻野 俊郎 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (70361871)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 表面界面 / バイオテクノロジー / ナノカーボン / タンパク質 / 酸化物単結晶 / ナノポアデバイス / 吸着 / 表面化学 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、再生医療やバイオセンサ、インプラントにおいて重要性を増している固体表面と生体分子の界面における相互作用を解明することである。界面での相互作用は、長距離力である静電相互作用、短距離力であるファンデアワールスカ、疎水相互作用、水和斥力などが関わり、また溶液中でのタンパク質問相互作用も固体表面での吸着パターンとして観察されるため複雑である。また、溶液中での長距離相互作用とタンパク質問相互作用を分離する目的で分子ゲート効果を付与したデバイスを作製し、生体分子の基板表面へのアプローチを制御し、生体と固体の界面の相互作用を明らかにする。
本年度は、申請者が発見した相分離単結晶酸化物表面を用いて、タンパク質分子吸着の素過程を解明する研究を行った。酸化チタンは光化学反応などで広い応用が期待されているが、チタン認識ペプチドの発見により、タンパク質吸着機構の解明においても有力な材料と考えられている。本年度、相分離の現れている単結晶チタン酸化物表面にさらに非晶質チタン酸化物層を形成し、この複合表面において、フェリチンと結合させたチタン認識ペプチドの吸着特性の基板原子構造依存性を明らかにした。単結晶表面ではタンパク質凝集のない規則的な吸着が起こりやすいことを発見した。また、単結晶表面上でも親水性と疎水性のドメインによって吸着、すなわちチタン認識能の違いが現れることも見出した。
本計画の一つの柱は、グラフェンにより高度なタンパク質選別機能を付与することである。固体基板に貼り合わせたグラフェン表面の性質は、基板界面に閉じ込められた水層の影響を受ける。タンパク質吸着は水溶液中で行われるため、溶液環境での界面水の影響を明らかにすることは重要である。サファイア基板に貼り合わせたグラフェンへの吸着を溶液中で観察し、溶液環境においても界面水がグラフェン表面の化学的性質に大きく影響することを明らかにした。
デバイスにおいては、デバイスの基本構造作製、測定系の準備に加え、グラフェンナノボア作製の基本技術を立ち上げ、任意の径の細孔を化学的手段で形成でき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
タンパク質吸着素過程解明においては、単結晶表面と非晶質表面の明瞭な違いの発見等、当初計画以上に進展している。また、固体基板表面に貼り合わせたグラフェン表面は、背面の水層の影響を大きく受けることも明瞭に示すことができた。一方で、分子ゲートデバイスにおいては、デバイス作製と測定の基本システムを組み上げた段階であり、動作実証まで進んでいない。これらを総合すると、平均して計画通りの進展と認められる。
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| Strategy for Future Research Activity |
グラフェン-固体基板系の表面界面物性について明らかにすることができたので、タンパク質の選別やバイオセンサとして重要な脂質二重膜形成へと発展させる。分子ゲートデバイスの研究を加速し、ゲート機能を実証する。グラフェンナノボア形成技術を確立し、分子ゲートデバイスへの適用を図る。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究費は、分子ゲートデバイス作製(基本構造・ゲート加工)、測定系強化、グラフェン加工と評価に必要な消耗品に使用する。成果発信のため、国内外における学術会議で発表するための旅費を使用する。デバイス動作確認にはタンパク質等の消耗品費を要するため、基金については24年度交付分を含めて25年度以降に集中して使用する。
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