2014 Fiscal Year Annual Research Report
金属ナノ構造と光の相互作用を利用した生細胞―人工材料界面の分子プロセスの解析
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24700449
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
林 智広 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (30401574)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 分子分光 / 表面科学 / バイオインターフェース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は本研究では顕微ラマン分光法と金属ナノ構造を有する基板を用いて、基板表面近傍5-10 nmの領域を選択的にラマン分光する手法を開発し、生体組織・細胞と人工物表面の界面領域において細胞外マトリックスとして機能するタンパク質などの生体分子の構造・配向の解析手法を確立することである。
人工物表面に吸着したタンパク質分子の構造を解析、人工物と接着細胞の会面における分子プロセスを解析するために、表面増強ラマン分光法を応用した。励起用レーザ、顕微鏡、3次元ステージ、分光器を組み合わせ、バイオ界面を3次元的にラマンスペクトルマッピング可能な分光装置を構築した。
この装置を用いることで、フィブリノーゲン、アルブミンなどの代表的なタンパクの吸着後の構造・配向を調べた。基板として末端基を変えることで簡便に表面の物理化学的性質(濡れ性、極性、電荷など)を制御可能である自己組織化単分子膜(SAM)を用いた。ラマンスペクトルのAmide I～IIIバンドの形状からタンパク質中のαヘリックス構造、βシート構造の割合を求め、タンパク質分子の変性の度合いを解析した。さらに、(FDTD計算で求めた電場強度)x(各アミノ酸残基の溶液のラマンスペクトルのピーク強度)の線形結合でスペクトルをフィッティングし、官能基の基板表面垂直方向の空間的分布を求め、タンパク質分子の配向を決定することに成功した。
また、Au, Agの蒸着基板上に形成した単分子膜のラマンスペクトルは測定時間1秒以下で測定可能であるが、基板から数nm以上離れた電場強度が低い領域の観察、スペクトルの2次元マッピングなどの際には、高感度化が必要となる。我々は基板の加熱によってAg,Au界面において選択的に合金を形成することで、プラズモン励起による光吸収の極大波長(電場増強が最も強くなる波長)を調整し、光学特性を最適化する技術を確立した。
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