2015 Fiscal Year Annual Research Report
３次元フォースマッピング法による生体分子の揺らぎ計測
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26600101
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山田 啓文 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40283626)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 走査プローブ顕微鏡 / ３次元フォースマッピング技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、これまでに開発されてきた周波数変調原子間力顕微鏡（FM-AFM）をベースとする３次元フォースマッピング技術および光熱励振による定量的相互作用力計測技術（保存力と散逸力の分離による定量計測）を基にして、柔構造をもつ生体分子の分子イメージングを実現するとともに、生機能発現過程に強く関連する、生体分子の揺らぎの大きさと揺らぎに伴う緩和時間を求め、生体分子近傍の水和構造と分子の揺らぎの関係を明らかにすることを目的としている。
マイカのような原子的平坦性を有する固体結晶表面上の３次元フォースマッピングは既に実現しているが、生体分子ではその複雑な表面構造のため、フォースマッピングを実施するにはより精密な探針制御が必要となる。本研究では、探針制御のアルゴリズムを検討するとともに、探針駆動・制御部の周波数帯域および総合応答特性を改善し、複雑な表面構造上においても精度よく探針が追従するように改善した。これらの改善によって、リガンド活性をもつタンパク質分子（streptavidin）やDNA分子周囲の３次元水和構造が明瞭に可視化された。 さらに、生体分子の生機能に強く関連する分子揺らぎの直接観測を目指して、生体膜を構成する脂質分子に代表される両親媒性分子の膜に対して、３次元フォースマッピングを用いてその保存力および散逸力の局所分布計測を行い、膜に局所応力が加わった際のエネルギー変化を非平衡統計力学により解析した。膜上で得られたフォースマッピング（FM-AFM）による保存力カーブは、静的フォースカーブと一致しないが、これは膜内分子の緩和過程が影響していると考えられる。同時に得られた散逸力カーブの変化との整合性を考慮すると、分子の膜内緩和時間が数μsecになることが新たに分かった。
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