| 研究課題/領域番号 |
21K03493
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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13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 神奈川大学 |
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研究代表者 |
鈴木 健太郎 神奈川大学, 理学部, 准教授 (60512324)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2025年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | ジャイアントベシクル / ケージド化合物 / 走光性 / ベシクル輸送 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
袋状の分子集合体「ジャイアントベシクル」の内部に、照射された紫外線の方向に自ら動く「走光性油滴」を封入し、この油滴の作用によってベシクル全体が能動的に駆動する「動くベシクル」を構築する。さらにこの動きを利用した、物質輸送を行う。外部から照射する紫外線の向きや強度によってベシクルの運動(方向、速度)を制御し、目的の位置付近まで移動させる。さらに、強い紫外線を照射することでベシクル膜を壊すことで、目的位置での内容物放出を行う。この一連のダイナミクスの観察を通じて、内部油滴上で起こる化学反応がベシクル全体に駆動をもたらす機構の解明を行い、本手法による物質輸送の効率化、最適化を行う。
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| 研究実績の概要 |
内部に様々な溶液を封入可能な袋状の分子集合体「ジャイアントベシクル」の内部に、照射された紫外線の方向に自ら動く「走光性油滴」を封入し、この油滴の作用によってベシクル全体が能動的に駆動する「動くベシクル」の構築を目指した研究を進めている。研究二年目となる２０２２年度は、走光性油滴を封入したベシクルに紫外線を照射した際に見られるダイナミクスに関する予備的研究を行った。昨年度報告した方法で調整した、走光性油滴を内封するジャイアントベシクルを、顕微鏡観察用のプレパラートに封入し、顕微鏡ステージ上で側方からの紫外線を照射したときの変化を、位相差顕微鏡によりリアルタイム観察した。その結果、本研究の目的であるベシクルの駆動も観測されたが、それ以外に、ベシクルの破裂や、変形と言った、当初予測しなかったダイナミクスもあわせて観測された。また、顕著な変化を示さないベシクルも見られた。このようなダイナミクスの多様性を理解するために、ベシクル膜の表面電荷に着目した。ベシクル膜表面のアニオン性が低下すると共に、変化が起こる頻度は増大するが、それと同時に破裂が起こる頻度も増大した。このことから、目的とするダイナミクスを実現するには、ベシクル膜へのオレイン酸供給制御が重要であるとの知見を得た。
また、昨年度に引き続き、ガラス表面に付着した走光性油滴による水相の駆動に関する研究も進め、水相に分散した微粒子を、油滴の効果によって動かせることを確認した。これは、機構は違うものの、本研究の目的の方向性と一致しており、あわせて研究を進めていきたい。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、申請時に示した研究計画に従って、昨年度開発した方法により調製した油滴封入ベシクルに紫外線を照射した際のダイナミクスを確認する研究を行った。多数のベシクルに対し、紫外線照射下の変化を確認したところ、昨年度も観測された駆動や破裂といったダイナミクスを再現し、さらにそれらの頻度を、統計的な量として明らかにした。膜分子に加えるアニオン性リン脂質の濃度を制御することで、これらダイナミクスを分けるのは、光分解反応によって生じたオレイン酸が、ベシクル内水相に溶解し、それがさらに膜へと刺さる量や速度であると解釈できる結果を得た。一般的に、ベシクル形態変化の研究では、変化の原因はベシクル外部から与えられる。一方、本研究では、ベシクルの形態変化は、ベシクル内から添加される。このような位置関係は、細胞内部で有効成分を作り出す生体細胞の機構と類似性があり、極めて興味深いと言える。
また、昨年度見いだした、ガラス表面に付着した油滴に関する研究においても、光照射の方向によって運動方向の制御が可能であることなどを確認した。この方法も、物質輸送の方法として、あわせて検討していきたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の実験から、走光性油滴封入ジャイアントベシクルの駆動には、内部に封入された油滴が示す光分解反応の特性が重要であることが明らかになった。そこで、これまで続けてきた研究に加えて、駆動の源である油滴そのものの特性について、より詳細な測定を行い、光やpHといった外的要因と、化学反応やそれに引き続いて起こる化学反応との関連性について理解を深めていく研究を進めたい。
さらに、現在油滴を構成するケージドオレイン酸は、ニトロベンジル型の分子としては最も単純なオレイン酸ニトロベンジルを用いているが、これに置換基を導入したり、別種の光分解性保護基を導入するなどした、新しいケージドオレイン酸を合成し、これらからなる油滴の示す特徴についても検討したい。
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