| 研究課題/領域番号 |
15H03533
|
|---|
| 研究機関 | 中央大学 |
|---|
研究代表者 |
小松 晃之 中央大学, 理工学部, 教授 (30298187)
|
|---|
| 研究分担者 |
秋山 元英 中央大学, 理工学部, 助教 (90467697)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| キーワード | マイクロチューブ / 交互積層 / 生体機能材料 / 白金ナノ粒子 / バクテリア |
|---|
| 研究実績の概要 |
近年、有機系ナノチューブの開発に注目が集まっている。研究代表者らは多孔性ポリカーボネート(PC)膜を用いた独自の鋳型内交互積層法により、中空シリンダー構造の蛋白質ナノチューブを合成し、その内孔空間を利用した様々な機能発現(分子捕捉など)に成功している。本研究は、これまでに蓄積してきた知見を大きく発展させ、“水中で自走する蛋白質マイクロチューブ”の創製に挑戦する。従来の発想を転換し「内孔に酸素バブル噴射能を持たせた自走型チューブ」を合成する。さらに、これまで未着手であった外表面を利用して「動きながらウイルスやバクテリアを捕集できるマイクロシリンダー」として完成する。
①白金ナノ粒子を最内層に有する蛋白質マイクロチューブの合成と構造解析：多孔性PC膜(孔径1.0μm)をテンプレートとした鋳型内交互積層法により蛋白質マイクロチューブを合成した。ポリ-L-アルギニン(PLA)水溶液とヒト血清アルブミン(HSA)水溶液を交互に通過させた後(計8.5回)、最内壁に白金ナノ粒子(PtNP、粒径 5nm)を吸着させ(合計18層構造)、得られた複合膜をDMF溶液に浸漬することで、Layer-by-Layer構造の蛋白質マイクロチューブを単離した。中空管の外径／内径／管壁厚／長さを走査電子顕微鏡(FE-SEM)、透過電子顕微鏡(TEM)観察により測定した。
②過酸化水素不均化反応による酸素バブル噴射と自走現象の動的解析：得られたマイクロチューブの水溶液に過酸化水素水を添加すると、最内層のPtNP粒子表面で過酸化水素の不均化反応が起こり、内孔空間に酸素のマイクロバブルが発生した。小さな気泡は末端開口部から噴射されるため、マイクロチューブは一方向に前進した。チューブが自走する様子をハイスピードカメラ装着倒立型リサーチ顕微鏡(設備備品で購入)で観察。前進速度(100～400μm/s)が過酸化水素濃度(1～10%)に依存することを明らかにした。
|
| 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
計画に従い実験を遂行し、本年度の目標を達成することができた。当初の予想通り、発生する酸素の気泡がマイクロバブルにならないとチューブが滑らかに進まないことがわかった。そこで、界面活性剤を添加してみると、表面張力の低下により、小さな気泡が連続的に噴射されることが明らかとなった。この自己推進に適切な条件を絞り込む過程に多くの時間を費やした。最終的にはドデシル硫酸ナトリウムやTrironX100が有効であり、臨界ミセル濃度以上でマイクロチューブの速度が一定になることも見出した。
|
| 今後の研究の推進方策 |
マイクロチューブを自走させることに成功したが、それを詳細に解析していく中で、進行方向の制御がきわめて難しいことがわかってきた。応用展開を目指す場合、自走方向のコントロールは大変重要である。そこで、2年次は「自走方向の制御」を計画に加え、研究推進することとした。
③白金ナノ粒子と酸化鉄ナノ粒子を有する蛋白質マイクロチューブの合成と自走方向の制御：マイクロチューブの自走方向を磁石で制御するため、最内層にPtNP、階層成分に酸化鉄ナノ粒子を導入する。前進するチューブの進行方向が磁石によって制御できる様子をハイスピードカメラ装着倒立型リサーチ顕微鏡で観察する。
④GODを有する蛋白質マイクロチューブの合成と酵素活性：階層成分としてGODを導入した蛋白質マイクロチューブを合成し、その構造と(GODの積層位置)と酵素活性の相関を明らかにする。
|
