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高速AFMで可視化する外的刺激により誘起される多孔性結晶表面の構造ダイナミクス

公募研究

研究領域ソフトクリスタル:高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
研究課題/領域番号 20H04669
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関名古屋大学

研究代表者

内橋 貴之  名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30326300)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード高速原子間力顕微鏡 / ソフトクリスタル / ピラーアレーン / 低分子ゲル化剤 / 多孔性結晶 / 構造変化 / MOF / MMF / 分子分解能イメージング
研究開始時の研究の概要

吸着分離材、不均一系触媒などの多くの応用が期待されている多孔性結晶は、ゲスト分子の吸着や圧力、電場などの外的刺激に応答して結晶構造が柔軟に変化する。本研究では、外的刺激に応答する多孔性結晶表面のナノスケールダイナミクス現象を高速原子間力顕微鏡(AFM)で直接可視化し、I: MMFやMOFなど多孔性結晶へのゲスト分子の吸着と格子歪の結晶表面伝搬の可視化、II: MMF表面での金ナノ粒子の成長過程の追跡、III: 局所力学刺激による格子歪誘起と選択的ゲスト分子の吸着制御の3項目について研究を行い、多孔性結晶の機能設計や性能向上のために基盤的知見を得る。

研究実績の概要

*多孔性結晶の高解像可視化技術の確立.
当初目的としていたMOF結晶はDMF中での観察が結晶の安定化のために必須であるが、DMF中ではMOF結晶表面に数nmスケールの汚染物質が付着していることが判明し、汚染物質を除去できないことからMOF結晶のAFM観察は断念した。そこで、水中でも結晶が安定なピラーアレーン結晶表面での測定を試み、いくつかの結晶で結晶格子像を得ることができ、さらにステップ端面での分子の脱離と再結合などの興味深いダイナミクスを観察できた(A01 生越Gとの共同研究)。
*高速AFMのソフトクリスタルへの応用
領域内外の研究グループとの共同研究により高速AFM技術を様々なソフトクリスタル材料に応用した。当初目的としていたMMF結晶表面での金微粒子の成長過程のリアルタイム観察については成功し、論文としてまとめた。領域内共同研究として、ポルフィリン誘導体による超分子螺旋集合体の形成と融解過程の観察 (A02 杉安Gとの共同研究)や有機分子により触媒される金微粒子の成長過程の観察(A01 楽Gとの共同研究)に成功した。また、低分子ゲル化剤として機能するUrea-C13のゲル化初期過程の高速AFM観察を行ったところ、Urea-C13はグラファイト基板で単分子鎖膜を速やかに形成したあとに、単分子鎖が数本集合した中間ファイバーを経て、さらに太いバンドルファイバーを形成することがわかった。太いバンドルファイバーがゲルの直接的な構成要素であり、平均速度0.05 nm/sで非常に遅い速度で伸長と停止を繰り返しながら成長することがわかった。また、この伸長と停止を伴う成長様式をファイバー端面への分子の結合とバンドルによる安定化によって説明できることが数理モデルにより明らかにした(A03 山中Gとの共同研究)。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (23件) (うち国際共著 4件、 査読あり 23件、 オープンアクセス 13件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件、 招待講演 7件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Shape-selective one-step synthesis of branched gold nanoparticles on the crystal surface of redox-active Pd<sup>II</sup>-macrocycles2022

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Yutaro、Tashiro Shohei、Ishii Yoshiki、Uchihashi Takayuki、Matsushita Nobuyuki、Kubota Ryou、Shionoya Mitsuhiko
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 51 号: 4 ページ: 1318-1324

    • DOI

      10.1039/d1dt03973c

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein Needles Designed to Self‐Assemble through Needle Tip Engineering2022

    • 著者名/発表者名
      Kikuchi Kosuke、Fukuyama Tatsuya、Uchihashi Takayuki、Furuta Tadaomi、Maeda Yusuke T.、Ueno Takafumi
    • 雑誌名

      Small

      巻: 18 号: 10 ページ: 2106401-2106401

    • DOI

      10.1002/smll.202106401

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative Visualization of the Interaction between Complement Component C1 and Immunoglobulin G: The Effect of CH1 Domain Deletion2022

    • 著者名/発表者名
      Yanaka Saeko、Nishiguchi Shigetaka、Yogo Rina、Watanabe Hiroki、Shen Jiana、Yagi Hirokazu、Uchihashi Takayuki、Kato Koichi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 23 号: 4 ページ: 2090-2090

    • DOI

      10.3390/ijms23042090

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] JRAB/MICAL-L2 undergoes liquid-liquid phase separation to form tubular recycling endosomes2021

    • 著者名/発表者名
      Sakane Ayuko、Yano Taka-aki、Uchihashi Takayuki、Horikawa Kazuki、Hara Yusuke、Imoto Issei、Kurisu Shusaku、Yamada Hiroshi、Takei Kohji、Sasaki Takuya
    • 雑誌名

      Communications Biology

      巻: 4 号: 1 ページ: 551-551

    • DOI

      10.1038/s42003-021-02080-7

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reconstruction of Three-Dimensional Conformations of Bacterial ClpB from High-Speed Atomic-Force-Microscopy Images2021

    • 著者名/発表者名
      Bhaskar Dasgupta, Osamu Miyashita, Takayuki Uchihashi and Florence Tama
    • 雑誌名

      Frontiers in in Molecular Biosciences: Biological Modeling and Simulation

      巻: 8 ページ: 704274-704274

    • DOI

      10.3389/fmolb.2021.704274

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tardigrade Secretory-Abundant Heat-Soluble Protein Has a Flexible β-Barrel Structure in Solution and Keeps This Structure in Dehydration2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuhisa Miyazawa, Satoru G. Itoh, Hiroki Watanabe, Takayuki Uchihashi, Saeko Yanaka, Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato, Kazuharu Arakawa, and Hisashi Okumura
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B

      巻: 125 号: 32 ページ: 9145-9154

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.1c04850

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Deformation of microtubules regulates translocation dynamics of kinesin2021

    • 著者名/発表者名
      Syeda Rubaiya Nasrin, Christian Ganser, Seiji Nishikawa, Arif Md Rashedul Kabir, Kazuki Sada, Takefumi Yamashita, Mitsunori Ikeguchi, Takayuki Uchihashi, Henry Hess, Akira Kakugo
    • 雑誌名

      Sci Adv

      巻: 7 号: 42 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1126/sciadv.abf2211

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Desiccation-induced fibrous condensation of CAHS protein from an anhydrobiotic tardigrade2021

    • 著者名/発表者名
      Yagi-Utsumi Maho、Aoki Kazuhiro、Watanabe Hiroki、Song Chihong、Nishimura Seiji、Satoh Tadashi、Yanaka Saeko、Ganser Christian、Tanaka Sae、Schnapka Vincent、Goh Ean Wai、Furutani Yuji、Murata Kazuyoshi、Uchihashi Takayuki、Arakawa Kazuharu、Kato Koichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 21328-21328

    • DOI

      10.1038/s41598-021-00724-6

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Construction of ferritin hydrogels utilizing subunit_subunit interactions2021

    • 著者名/発表者名
      Masaru Yamanaka, Tsuyoshi Mashima, Michio Ogihara, Mei Okamoto, Takayuki Uchihashi, and Shun Hirota
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 16 号: 11 ページ: e0259052-e0259052

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0259052

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular Origin of the Anomalous pH Effect in Blue Proteorhodopsin2021

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Sumikawa, Rei Abe-Yoshizumi, Takayuki Uchihashi, and Hideki Kandori
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 12 号: 51 ページ: 12225-12229

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.1c03355

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-close-packed arrangement of soft elastomer microspheres on solid substrates2021

    • 著者名/発表者名
      Yuma Sasaki, Seina Hiroshige, Masaya Takizawa, Yuichiro Nishizawa, Takayuki Uchihashi, Haruka Minato and Daisuke Suzuki
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 11 号: 24 ページ: 14562-14567

    • DOI

      10.1039/d1ra02688g

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nanostructure and thermoresponsiveness of poly(N-isopropyl methacrylamide)-based hydrogel microspheres prepared via aqueous free radical precipitation polymerization2021

    • 著者名/発表者名
      Nishizawa Yuichiro、Minato Haruka、Inui Takumi、Saito Ikuma、Kureha Takuma、Shibayama Mitsuhiro、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 11 号: 22 ページ: 13130-13137

    • DOI

      10.1039/d1ra01650d

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic Assembly/Disassembly of Staphylococcus aureus FtsZ Visualized by High-Speed Atomic Force Microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Fujita Junso、Sugiyama Shogo、Terakado Haruna、Miyazaki Maho、Ozawa Mayuki、Ueda Nanami、Kuroda Natsuko、Tanaka Shun-ichi、Yoshizawa Takuya、Uchihashi Takayuki、Matsumura Hiroyoshi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 22 号: 4 ページ: 1697-1697

    • DOI

      10.3390/ijms22041697

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-molecule level dynamic observation of disassembly of the apo-ferritin cage in solution2020

    • 著者名/発表者名
      Maity Basudev、Li Zhipeng、Niwase Kento、Ganser Christian、Furuta Tadaomi、Uchihashi Takayuki、Lu Diannan、Ueno Takafumi
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 22 号: 33 ページ: 18562-18572

    • DOI

      10.1039/d0cp02069a

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nanostructures, Thermoresponsiveness, and Assembly Mechanism of Hydrogel Microspheres during Aqueous Free-Radical Precipitation Polymerization2020

    • 著者名/発表者名
      Nishizawa Yuichiro、Minato Haruka、Inui Takumi、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 37 号: 1 ページ: 151-159

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.0c02654

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel Babesia bovis exported proteins that modify properties of infected red blood cells2020

    • 著者名/発表者名
      Hakimi H, Templeton TJ, Sakaguchi M, Yamagishi J, Miyazaki S, Yahata K, Uchihashi T, Kawazu SI, Kaneko O, Asada M
    • 雑誌名

      PLoS Pathogens

      巻: 16(10) 号: 10 ページ: e1008917-e1008917

    • DOI

      10.1371/journal.ppat.1008917

    • NAID

      120006988490

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural insights into the mechanism of rhodopsin phosphodiesterase2020

    • 著者名/発表者名
      Ikuta T, Shihoya W, Sugiura M, Yoshida K, Watari M, Tokano T, Yamashita K, Katayama K, Tsunoda SP, Uchihashi T, Kandori H and Nureki O.
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 11 号: 1 ページ: 5605-5605

    • DOI

      10.1038/s41467-020-19376-7

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Convergent evolution of processivity in bacterial and fungal cellulases2020

    • 著者名/発表者名
      Uchiyama, T., Uchihashi, T., Nakamura, A., Watanabe, H., Kaneko, S., Samejima, M., and Igarashi K.
    • 雑誌名

      Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A.

      巻: 117 号: 33 ページ: 19896-19903

    • DOI

      10.1073/pnas.2011366117

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct visualization of the conformational change of FUS/TLS upon binding to promoter-associated non-coding RNA2020

    • 著者名/発表者名
      Nesreen Hamad, Hiroki Watanabe, Takayuki Uchihashi, Riki Kurokawa, Takashi Nagata, and Masato Katahira
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 56 号: 64 ページ: 9134-9137

    • DOI

      10.1039/d0cc03776a

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural Dynamics of a Protein Domain Relevant to the Water-Oxidizing Complex in Photosystem II as Visualized by High-Speed Atomic Force Microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Tokano Takaya、Kato Yuki、Sugiyama Shogo、Uchihashi Takayuki、Noguchi Takumi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 号: 28 ページ: 5847-5857

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c03892

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Assembly mechanism of a supramolecular MS-ring complex to initiate bacterial flagellar biogenesis in Vibrio species.2020

    • 著者名/発表者名
      Terashima H, Hirano K, Inoue Y, Tokano T, Kawamoto A, Kato T, Yamaguchi E, Namba K, Uchihashi T, Kojima S, Homma M.
    • 雑誌名

      Journal of Bacteriology

      巻: - 号: 16

    • DOI

      10.1128/jb.00236-20

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoresponsive structural changes of single poly(N-isopropyl acrylamide) hydrogel microspheres under densely packed conditions on a solid substrate2020

    • 著者名/発表者名
      Minato Haruka、Nishizawa Yuichiro、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 52 号: 9 ページ: 1137-1141

    • DOI

      10.1038/s41428-020-0372-3

    • NAID

      40022335719

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic behavior of an artificial protein needle contacting a membrane observed by high-speed atomic force microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Ueno Takafumi、Niwase Kento、Tsubokawa Daisho、Kikuchi Kosuke、Takai Natsumi、Furuta Tadaomi、Kawano Ryuji、Uchihashi Takayuki
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: in press 号: 15 ページ: 8166-8173

    • DOI

      10.1039/d0nr01121e

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で可視化する生体/人工分子の一分子ダイナミクス2022

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      明治薬科大学大学院フロンティアシンポジウム: 生命への架け橋
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で撮影するタンパク質の機能動態2021

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      第21回 日本蛋白質科学会年会: WS5. 高速分子動画:タンパク質の構造機能相関研究の最先端
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速AFMによる高分子ゲル微粒子の構造物性動態イメージング2021

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      第70回高分子討論会: S6. ソフトマテリアルイメージングの最前線
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速AFMによる酸素発生光化学系II のドメイン構造揺らぎの可視化2020

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      ブルカージャパン オンラインシンポジウム ~単一生体分子の動的プロセス評価に向けた高速AFM技術~
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡でタンパク質の一分子動態を可視化する2020

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      新学術領域合同シンポジウム-ソフトロボット学と発動分子科学の境界
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡で可視化する生体・人工分子のダイナミクス2020

    • 著者名/発表者名
      内橋貴之
    • 学会等名
      岡山大学大学院医歯薬学総合研究科(薬学系) 先端薬学特論 公開セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] HS-AFM as a versatile tool to study dynamical and mechanical properties of proteins2020

    • 著者名/発表者名
      Christian Ganser, Kimitoshi Takeda, Ryota Iino, Koichi Kato and Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会: Symposium "The Multiple Modes of Proteins ? From Molecular Dynamics to Pathogenesis -
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高速原子間顕微鏡による膜輸送装置Secの動態観察2020

    • 著者名/発表者名
      長池航, 板家成良, 春山隆充, 塚崎智也, 内橋貴之
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第46回討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高速原子間力顕微鏡を用いた光化学系IIの動態観察2020

    • 著者名/発表者名
      戸叶貴也, 加藤祐樹, 杉山翔吾, 野口巧, 内橋貴之
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第46回討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Observation of Substrate Binding Sec Translocon and Structural Change of SecA with HS-AFM2020

    • 著者名/発表者名
      Wataru Nagaike, Takamitsu Haruyama, Tomoya Tsukazaki and Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 溶液中HS-AFM observation of Amyloid β elongation and inhibition by antibodies2020

    • 著者名/発表者名
      Shogo Miyajima, Maho Yagi-Utsumi, Takayuki Uchihashi and Koichi Kato
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chasing the transformation between monomer and dimer structure of cadherin anchored to supported lipid bilayer by high-speed AFM2020

    • 著者名/発表者名
      Shigetaka Nishiguchi, Hiroki Oda and Takayuki Uchihashi
    • 学会等名
      第58回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] 図説 表面分析ハンドブック2021

    • 著者名/発表者名
      日本表面真空学会
    • 総ページ数
      576
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254201703
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 名古屋大学D研ホームページ

    • URL

      http://d.phys.nagoya-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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