化学情報変換・増幅能をもつ新しい人工二分子膜システムの開発

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01550579
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 中嶋 直敏 長崎大学, 工学部, 助教授 (80136530)
• 研究分担者: 國武 雅司 長崎大学, 大学院・海洋生産科学研究科, 助手 (40205109)
• キーワード: 二分子膜 / 二分子膜電極 / 単分子膜電極 / 分子膜機能電極 / インピ-ダンス / サイクリックボルタモグラム / 相転移 / 二分子膜センサ

研究概要

脂質二分子膜と膜タンパク質からなる細胞膜は、化学信号を電気信号に変換するトランスデュ-サとしての機能を持っている。本研究では細胞膜の分子識別機構をモデル化した新しいタイプの分子認識、情報変換システムの開発を目的に研究を行った。本年度の研究成果の概要は以下の様である。
(1)チオ-ル基を含むリン酸型脂質を設計・合成し、エタノ-ルからの化学吸着法により金電極上に単分子膜電極を作成させた。この単分子膜は、系のpHの変化によりレドックス種の透過を制御することができた。さらにアルカリ土類金属に反応し、レドックス種のサイクリックボルタモグラムを変化させることがわかった。すなわちこの極限の超薄膜電極はイオンセンサとしての機能を持つことがわかった。
(2)二分子膜系で分子・イオン情報を電気信号に変換するデバイスの開発に対する基礎的検討を昨年に引き続き行った。化学構造の異なるポリイオンコンプレックス型脂質をパタ-ン電極上に修飾し、複素インピ-ダンス特性と膜化学構造の相関を調べたところ、相転移の交流信号変換にたいして、4級アンモニウム型脂質は顕著であったが1級アンモニウム塩は、変化を示さなかった。また1鎖型の4級アンモニウム脂質は、転移熱量が2鎖型の1/30であるにもかかわらず、2鎖型同様転移に伴い大きなインピ-ダンス変化が得られた。次に生体脂質であるジミリストイルフォスファチフィルコリン(DMPC)を用いて二分子膜を作成し、これをパタ-ン電極上に修飾した。75%の相対湿度下温度を変化させ複素インピ-ダンスを測定した。DMPCフイルムは気相下において、53℃に相転移を示し、この温度領域で急激なインピ-ダンス及びキャパシタンスの変化が測定された。コ-ル、コ-ルプロット解析によりこの現象のメカニズムについて考察した。

研究成果

• [文献書誌] Naotoshi Nakashima,Hideo Eda,Masashi Kunitake,Osamu Manabe,Koji Nakano: "Design of a Molecular Bilayer Electrical Device" J.Chem.Soc.,Chem.Commun.443-444 (1990)
• [文献書誌] Naotoshi Nakashima,Yasunori Takada,Masashi Kunitake,Osamu Manabe: "Assembled Supported Monolayers of Synthetic Lipids on Gold Electrodes via "Ionーexchange Methods"" J.Chem.Soc.,Chem.Commun.845-847 (1990)
• [文献書誌] N.Nakashima,K.Nakano,T.Ihara,M.Takagi: "Potential Use of Synthetic Molecular Bilayer Films As Chemical Sensing Materials" J.Mat.Sci.Lett.,. 8. 387-388 (1989)
• [文献書誌] N.Nakashima,T.Taguchi,Y.Takada,K.Fujio,M.Kunitake,O.Manabe: "An Ion Gate Lipid Monolayer Membrane on Gold Electrodes" J.Chem.Soc.,Chem.Commun.(1991)
• [文献書誌] K.Nakano,I.Moriguchi,N.Nakashima,M.Takagi: "Possible Use of Synthetic chiral Chromophoric Bilayer Membranes As Chemical Transducer" J.Mat.Sci.