マイクロ・ナノマシン技術を用いた分子モータの新しい単分子計測

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205035
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 金 範じゅん 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (60334356)
• 研究分担者: 竹内 昌治 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (90343110) ; 年吉 洋 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (50282603) ; 野地 博行 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (00343111)
• キーワード: 生体分子モータ / マイクロ・ナノマシン / ナノ加工技術 / MEMS / 生物物理 / 一分子観察

研究概要

本研究の目的は,ミトコンドリアの生体膜に存在するATP合成酵素のうち,膜内在性部分のFoモータの回転特性を解明するために,マイクロ・ナノマシン技術を用いて,一分子レベルで計測する技術を確立することである。
本年度は,平面膜中に膜タンパクを組み入れる実験系の検討を行った.大きさ約100ミクロン程度の微小孔に,有機溶媒中に溶かした脂質をバッファで挟むことによって製作し,この平面膜を顕微鏡下で観察する実験系を組み上げた.これをマイクロシステム中で応用するために,シリコンで微細な流路を形成し,バッファと有機溶媒を交互に流すことによって,流路内部に存在する微小貫通孔へ脂質2重層を形成することに成功した.さらに,これらの平面膜内に膜タンパク質を導入する実験にも着手した.本年度は,アラメシチンと呼ばれるペプチドを直径約1ミクロン程度のリポソーム内に精製し,これを平面膜が形成された領域に注入することによって,リポソームと平面膜が自然融合する性質を利用して,ペプチドを膜内に導入することに成功した.さらに,融合後に電圧を膜を介して印加することによって発生する,アラメシチンを通じたチャンネル電流を計測すること成功した.これらの実験系をさらにマイクロ・ナノ加工技術を用いて集積化することによって,より安定した膜を形成できると予測される結果となってきた.
これらの内容は,国内・国際学会によって,数多く発表され,国内外で高い評価を得た.

研究成果

• [文献書誌] Gyuman Kim, Beomjoon Kim, Jurgen Brugger: "All-photoplastic microstencil with self-alignment for multiple layer shadow patterning"Sensors and Actuators A. 107. 132-136 (2003)
• [文献書誌] G.M.Kim, B.J.Kim, B.S.ten Have, F.Segerink, N.F.van Hulst, J.Brugger: "Photoplastic near-field optical probe with sub-100-nm aperture made by replication from a nanomold"J.of Microscopy. Vol.209. 267-271 (2003)
• [文献書誌] Hiroaki Suzuki, Y.Kato-Yamada, Hiroyuki Noji, Shoji Takeuchi: "PLANAR LIPID MEMBRANE ARRAY FOR MEMBRANE PROTEIN CHIP"Proceeding of IEEE International Micro Electro Mechanical Systems. 272-275 (2004)
• [文献書誌] Yasuda R, Masaike T, Adachi K, Noji H, Itoh H, Kinosita K Jr.: "The ATP-waiting conformation of rotating F1-ATPase revealed by single-pair fluorescence resonance energy transfer."Proc Natl Acad Sci U S A.. 100. 9314-9318 (2004)
• [文献書誌] Kyoko Atsuta, Hiroyuki Noji, Shoji Takeuchi: "Protein Patterning with PDMS Sieve"Proceeding of IEEE International Micro Electro Mechanical Systems. 330-333 (2004)
• [文献書誌] Hideyuki Arata, Shoji Takeuchi, Guillaume Tresset, Yanik Rondelez, Hiroyuki Noji, Hiroyuki Fujita: "EMS Devices for Detecting Correspondence between Mechanical Rotation and ATP Consumption in a Single Biomolecular Motor"Proceeding of IEEE International Micro Electro Mechanical Systems. 363-366 (2004)