2014 Fiscal Year Annual Research Report
3次元フォースマップ法による生体分子表面の水和構造・電荷分布の可視化と相関の解明
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25286057
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小林 圭 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (40335211)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | FM-AFM / フォースマッピング / 固液界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、申請者がこれまでに開発してきた、液中で生体試料を分子分解能で観察できる周波数変調検出方式の原子間力顕微鏡（FM-AFM）を用いた3次元フォースマップ法により、生体試料表面における電気二重層力および水和力を分離して測定し、生体試料表面の電荷密度と水和構造のそれぞれの3次元分布を比較することで、これらの相関を明らかにしていくことを目的としている。また、脂質二重膜、自己組織化単分子膜、タンパク質やDNAなどの生体試料表面の固液界面物性計測を実際に行い、官能基分布や塩基配列の識別を試みる。
本年度は、モデル生体膜として、リン脂質分子であるDMPC（ジミリストイルホスファチジルコリン）の二重膜をマイカ基板上に形成し、温度を変えて膜構造および水和構造の評価を行った。また、表面電荷の異なるケイ酸塩鉱物の表面において3次元フォースマップ法により電気二重層力および水和力を分離して計測することに成功した。さらに、界面活性剤の円筒状自己組織構造上で3次元フォースマッピングを行い、モデル計算との比較により円筒状自己組織構造表面の電荷密度分布を算出した。
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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
本年度は、実験および解析の両面で、研究目標の達成に向けて順調に成果が得られ、本研究はおおむね順調に進展していると言える。例えば、実験において、3次元フォースマップ法により、表面電荷の異なるケイ酸塩鉱物の表面において電気二重層力および水和力を分離して計測することに成功した。また、界面活性剤の円筒状自己組織構造上で3次元フォースマッピングを行った結果をモデル計算と比較することで、円筒状自己組織構造表面の電荷密度分布を算出し、妥当な値を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
表面の高低差が数百nmにおよぶ生体試料において、電気二重層力や水和力を精密に計測するため、現在の探針制御系のFPGAプログラムのさらなる最適化を行っていく。また、ケイ酸塩鉱物表面における3次元水和構造計測については、MDシミュレーションによって計算した水分子密度の3次元分布と比較し、水和力と水分子密度の相関について議論する。さらに、DNA等の生体分子の形状を考慮に入れたモデルを用いて予想される電気二重層力を計算し、実験結果と比較することで、生体分子における電荷密度計測法を確立する。
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| Causes of Carryover |
当初、研究期間の1年目に広帯域ロックインアンプを導入し、これをベースとしてデジタルPLLを構築する予定にしていた。しかしながら、従来のアナログPLLを使っても十分に信頼性の高いデータが得られることが分かったため、広帯域ロックインアンプは導入しなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最終年度は、これまでに開発してきた装置を用いた装置を用いて精力的に実験を行うため、これまで以上に消耗品となるカンチレバーが必要となる。また、研究成果を複数の国際会議で発表する予定にしている。したがって、次年度使用額は主に物品（カンチレバー等の消耗品）および旅費に充当する予定である。
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