| 研究課題/領域番号 |
20K05269
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 城西大学 |
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研究代表者 |
宇和田 貴之 城西大学, 理学部, 准教授 (30455448)
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| 研究分担者 |
鍋谷 悠 宮崎大学, 工学部, 准教授 (50457826)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | タンパク質結晶 / 多孔質材料 / プラズモニックナノ粒子 / フォトンアップコンバージョン / 共鳴エネルギー移動 / マイクロレーザー / 光還元 / ナノ粒子パターニング / 金ナノ粒子 / 銀ナノ粒子 / パターニング / 表面増強ラマン散乱 / 分光イメージング / 固体フォトンアップコンバージョン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
タンパク質の機能や構造を知るため細心の注意を持って作られるタンパク質の結晶は、その内部に三次元状に広がる溶媒チャンネルはナノメートルサイズの細孔構造を有している。その細孔は表面のタンパク質に由来する不均一な空間であるため、タンパク質結晶は新規かつ高機能な多孔質材料であるといえる。我々はこれまでこのタンパク質結晶細孔への分子導入を明らかにし、その機能と有用性を実証してきた。本研究計画ではこれを発展させ、タンパク質結晶をテンプレートとすることで新たな光学特性を発現する三次元的複合ナノ構造材料を作り出す。同時に顕微鏡観察技術を駆使しタンパク質結晶の多孔質材料・反応容器としての機能を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
タンパク質結晶は溶媒チャンネルと呼ばれる三次元ナノ細孔構造を有し、かつその細孔は表面のタンパク質に由来するキラル空間であるため、タンパク質結晶は新規かつ高機能な多孔質材料である。本研究ではニワトリ卵白由来リゾチーム結晶の細孔に発光性の機能性分子を高密度に集積することで共鳴エネルギー移動や三重項-三重項消滅フォトンアップコンバージョンなど希薄溶液では生じない現象を見い出した。また結晶細孔内に導入した金・銀錯体がタンパク質の働きにより還元され金・銀ナノ粒子を形成すること、その成長をレーザー光照射で迅速化できることを示した。タンパク質結晶を多孔性材料・ミクロ反応容器として活用する方法を切り開いた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
タンパク質が三次元的に集積して作る結晶がもつ三次元的なnmサイズの穴(細孔)に着目し、ゼオライトやメソポーラスシリカ、最近注目のMOF(金属有機構造体)と同様の多孔質材料として活用できるのではと考えた。多孔質材料であるためそこには細孔よりも小さな分子を導入できる。単に導入できるだけでなく、細孔内に機能性分子を高密度に集積することで分子がバラバラな状態ではありえない現象が発現すると明らかにした。また、細孔内で化学反応を起こしナノ粒子を作った。これもまた細孔内でナノ粒子の原材料が高密度に集積しているからこそであり、すなわちタンパク質結晶が新たな多孔質材料であると示した。
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