圧力誘起液液相分離現象による蛋白質の結晶化

• 研究課題/領域番号: 14350405
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 化学工学一般
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 横山 千昭 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50150256)
• 研究分担者: 山下 善之 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60200698) ; 伊原 学 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (90270884)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 14,200千円 (直接経費: 14,200千円); 2003年度: 4,800千円 (直接経費: 4,800千円); 2002年度: 9,400千円 (直接経費: 9,400千円)
• キーワード: 圧力 / 結晶成長 / 相分離 / 蛋白質 / 急速膨張法 / 準安定相 / 結晶化 / 準安定相平衡

研究概要

本研究で得られた成果の概要を以下に示す。
1 蛋白質水溶液中での結晶成長速度測定と水溶液の熱物性測定 蛋白質としてリゾチームを用い、結晶成長速度を測定し、成長速度の圧力依存性を明らかにした。また、成長速度の理論的解析に必要となる水溶液の粘性率の測定を行った。また、加圧下での溶解度測定を行い、過飽和度の評価を行った。得られた過飽和度および粘性率データを用い、成長速度の圧力依存性を解析したところ、成長の律速段階は物質移動過程であることが分かった。
2 核発生速度の測定 過飽和溶液中からのリゾチーム結晶の核発生速度を測定した。加圧により核発生速度は減少することが分かった。そのため、高圧下では少数の大きな結晶を育成することが分かった。核発生速度の圧力依存性より核発生の律速段階も物質移動過程であることが明らかになった。
3 微結晶の育成法の開発 上記2つの研究では、静水圧下での結晶育成を行った。ここでは、加圧した水溶液を急速膨張させることにより、微小な結晶を育成することを目指し、装置の開発を行った。ノズルの形状を変え、さらには超臨界二酸化炭素と水溶液を同時に膨張場に導入することで水溶液中の蛋白質の微結晶を製造することを試みた。この方法の妥当性を明らかにするために、ナフタレン、アセチルサリチル酸などの有機物を用いた実験を重ね、操作条件の最適化を行った。その結果、ノズル径、膨張揚の温度、圧力を調整することで微結晶が得られることが分かった。ノズル内においては急激な温度降下をおこしていることより準安定な液液総分離現象がおきていると推定される。従って、超臨界CO2圧力下での準安定相を種結晶とする結晶育成が可能となった。