生体機能を持つ自己組織化分子層の構築と動的評価

• 研究課題/領域番号: 07044046
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 魚崎 浩平 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20133697)
• 研究分担者: SHEN Y.R. カリフォルニア大学バークレー校, 教授 ; OCKO Benjami ブルックヘブン国立研究所, 主席研究員 ; DAVIS Jason オックスフォード大学, 理学部, 研究員 ; DOBSON P. オックスフォード大学, 理学部, 講師 ; HILL H.A.O. オックスフォード大学, 理学部, 教授 ; 佐藤 縁 通産省工業技術院生命工学工業技術研究所, 生体分子工学部・機能材料研究室, 研究員 ; 水谷 文雄 通産省工業技術院生命工学工業技術研究所, 生体分子工学部・機能材料研究室, 室長 ; 叶 深 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40250419) ; 近藤 敏啓 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70240629) ; 中林 誠一郎 埼玉大学, 理学部, 助教授 (70180346) ; YE Shen Hokkaido University, Research Assistant ; DAVIS Jason. オックスフォード大学, 理学部, 研究員
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 6,600千円 (直接経費: 6,600千円); 1996年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 1995年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
• キーワード: 自己組織化単分子膜 / マイクロ電極 / 走査プローブ顕微鏡 / 生物電気化学 / センサー / 界面電子移動

研究概要

まず研究開始時に2年間の研究を効率的に実施するために、国内側のメンバーの間で研究方針を十分検討し確認した。ついで、研究代表者がオックスフォード大学を訪問し、研究方針の確認を行った。以後、これらの打ち合わせで決定した内容に基づき、以下の通り研究を実施した。なお、2年目には新規メンバー(オックスフォード大Jason J.Davis、ブルックヘブン国立研究所Benjamin Ocko、カリフォルニア大Y.R.Shen)を加え研究をより効率的に実施した。
初年度
1.オックスフォード大における生物電気化学研究のレベルを十分に理解するために、北大において、オックスフォード大研究者による情報交換セミナーを実施した。
2.本研究では自己組織化法のセンサーへの応用を念頭に置いており、そのために最適な構造をもったマイクロ電極の設計とその形成法の検討を行った(オックスフォード大)。さらに、このようにして形成したマイクロ電極の電子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy:AFM)による評価を行った。さらに、より高度な評価をめざして、新しい走査プローブ顕微鏡を考案、設計、製作を行い、性能確認を行った(北大)。
3.また、本研究では生体機能を念頭においており、チトクロームcと電極との間の電子移動を促進するための界面構造の設計を目標に、種々の混合自己組織化膜表面での電気化学特性を調べた(生命研)。
4.界面機能の動的評価を目的に、自己組織化分子層の電気化学反応に伴う構造変化をその場追跡可能な反射赤外分光システムを構築し、生体機能との関連でも重要なキノン/ヒドロキノン部位を持つ自己組織化単分子層に適用した。酸化還元に伴う構造変化を明確に検出できた(北大)。
2年度
1.新しい界面敏感な手法である和周波発生分光法(Sum Frequency Generation:SFG)および表面X線回折法(Surface X-Ray Diffraction:SXRD)の本研究への導入の可能性を各々Shen教授、Ocko教授の研究室への訪問と討論を通して検討し、その有用正を確認した(カリフォルニア大、ブルックヘブン研究所)。
2.水晶振動子マイクロバランス法(Quarts Crystal Microbalance:QCM)および走査型トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscopy:STM)によるアルカンチオールの自己組織化過程の追跡を行った(北大)。
3.STMによるプロモータ分子の自己組織化過程の追跡をオックスフォード大Jason J.Davis氏が北大の装置を用いて行い、世界で初めて当該分子層の分子配列をとらえた(北大、オックスフォード大)。
4.昨年度に引き続き、生体機能を念頭において、チトクロームcと電極との間の電子移動を促進するための界面構造の設計を目標に、種々の混合自己組織化膜表面での電気化学特性を調べた。また、この時の界面構造を詳細に調べるために、アルカリ溶液中での還元脱離およびSTMによる表面構造観察を行った(北大、生命研)。
5.以上の成果を国際学術誌をはじめ、国内外の学会で発表した。

研究成果

• [文献書誌] T.Kondo: "Adsorption Behavior of Functionalized Ferrocenylalkane Thiols and Disulfide onto Au and ITO and Electrochemical Properties of Modified Electrodes : Effects of Acyl and Alkyl Groups Attached to the Ferrocene Ring" J.Electroanal.Chem.381. 203-209 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Sato: "Electrochemical and Electrogenerated Chemiluminescence Properties of Tris (2,2'-bipyridine) ruthenium (II) tridecanethiol Derivative on ITO and Gold Electrodes" J.Electroanal.Chem.384. 57-66 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] I.Yagi: "In situ Optical Second Harmonic Generation Studies of Electrochemical Deposition of Tellurium on Polycrystalline Gold Electrodes" J.Electroanal.Chem.401. 95-101 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kondo: "Photoelectrochemical Characteristics of Self-Assembled Monolayer of Porphyrin mercaptoquinone Coupling Molecules" T.hin Solid Films. 284. 652-655 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Sato: "Potential Dependent Orientation and Oxidative Decomposition of Mercaptoalkanenitrile Monolayers on Gold-an In Situ FTIR Study" Langmuir. 12. 2726-2736 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Sato: "Electrochemical Properties of the 2-Mercaptohydroquinone Monolayer on a Gold Electrodes. Effect of Solution pH,Adsorption Time and Concentration of the Modifying Solution" J.Electroanal.Chem.409. 145-154 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Ye: "Electrochemical in situ FT-IRRAS Studies of a Self-assembled Monolayer of 2-(11-mercaptoundecyl) hydroquinone" J.Chem.Soc.,Faraday Trans.3813-3822 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Sato: "Mass Transport Accompanied with Electron Transfer between the Gold Electrode Modified with 11-Ferrocenylundecanethiol Monolayer and Redox Species in Solution -An Electrochemical Quartz Crystal Microbalance Study" J.Electroanal.Chem.(in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kondo: "pH Dependent Photoinduced Electron Transfer at the Gold Electrode Modified with Self Assembled Monolayers of Porphyrin-Mercaptoquinone Coupling Molecule" J.Electroanal.Chem.(in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Kondo: "Adsorption Behavior of Functionalized Ferrocenylalkano Thiols and Disulfide onto Au and ITO and Electrochemical Properties of Modified Electrodes : Effects of Acyl and Alkyl Groups Attached to the Ferrocene Ring" J.Electroanal.Chem.381. 203-209 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Sato: "Electrochemical and Electrogenerated Chemiluminescence Properties of Tris (2,2'-bipyridine) ruthenium (II) tridecanethiol Derivative on ITO and Gold Electrodes" J.Electroanal.Chem.384. 57-66 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] I.Yagi: "In situ Optical Second Harmonic Generation Studies of Electrochemical Deposition of Tellurium on Polycrystalline Gold Electrodes" J.Electroanal.Chem.401. 95-101 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Kondo: "Photoelectrochemical Characteristics of Self-Assembled Monolayr of Porphyrin mercaptoquinone Coupling Molecules" T.hin Solid Films. 284. 652-655 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Sato: "Potential Dependent Orientation and Oxidative Decomposition of mercaptoalkanenitrile Monolayrs on Gold -an In Situ FTIR Study" Langmuir. 12. 2726-2736 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Sato: "Electrochemical Properties of the 2-Mercaptohydroquinone Monolayr on a Gold Electrode. Effect of Solution pH,Adsorption Time and Concentration of the Modifying Solution" J.Electroanal.Chem.409. 145-154 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Ye: "Electrochemical in situ FT-IRRAS Studies of a Self-assembled Monolayr of 2- (11-mercaptoundecyl) hydroquinone" J.Chem.Soc., Faraday Trans.3813-3822 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Sato: "Mass Transport Accompanied with Electron Transfer between the Gold Electrode Modified with 11-Ferrocenylundecanethiol Monolayr and Redox Species in Solution -An Electrochemical Quartz Crystal Microbalance Study" J.Electroanal.Chem.(in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Kondo: "pH Dependent Photoinduced Electron Transfer at the Gold Electrode Modified with Self Assembled Monolayrs of Porphyrin-Mercaptoquinone Coupling Molecule" J.Electroanal.Chem.(in press). (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Kondo: "Photoelectrochemical Characteristics of Self-Assembled Monolayer of Porphyrin mercaptoquinone Coupling Molecules" Thin Solid Films. 284. 652-655 (1996)
• [文献書誌] Y.Sato: "Potential Dependent Orientation and Oxidative Decomposition of Mercaptoalkanenitrile Monolayers on Gold-an In Situ FTIR Study" Langmuir. 12. 2726-2736 (1996)
• [文献書誌] Y.Sato: "Electrochemical Properties of the 2-Mercaptohydroquinone Monolayer on a Gold Electrode. Effect of Solution pH,Adsorption Time and Concentration of the Modifying Solution" J.Electroanal.Chem. 409. 145-154 (1996)
• [文献書誌] S.Ye: "Electrochemical in situ FT-IRRAS Studies of a Self-assembled Monolayer of 2-(11-mercaptoundecyl) hydroquinone" J.Chem.Soc.,Faraday Trans.3813-3822 (1996)
• [文献書誌] Y.Sato: "Mass Transport Accompanied with Electron Transfer between the Gold Electrode Modified with 11-Ferrocenylundecanethiol Monolayer and Redox Species in Solution-An Electrochemical Quartz Crystal Microbalance Study" J.Electroanal.Chem.(in press). (1997)
• [文献書誌] T.Kondo: "pH Dependent Photoinduced Electron Transfer at the Gold Electrode Modified with Self Assembled Monolayers of Porphyrin-Mercaptoquinone Coupling Molecule" J.Electroanal.Chem.(in press). (1997)
• [文献書誌] T. Kondo: "Adsorption Behavior of Functionalized Ferrocenylalkane Thiols and Disulfide onto Au and ITO and Electrochemical Properties of Modified Electrodes: Effects of Acyl and Alkyl Groups Attached to the Ferrocene Ring" J. Electroanal. Chem.381. 203-209 (1995)
• [文献書誌] Y. Sato: "Electrochemical and Electrogenerated Chemiluminescence Properties of Tris (2, 2′-bipyridine) ruthenium (II) tridecanethiol Derivative on ITO and Gold Electrodes" J. Electroanal. Chem.384. 57-66 (1995)
• [文献書誌] I.Yagi: "In situ Optical Second Harmonic Generation Studies of Electrochemical Deposition of Tellurium on Polycrystalline Gold Electrodes" J. Electroanal. Chem.401. 95-101 (1996)