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2017 年度 実績報告書

2次元流体膜で覆われたミクロ3次元粘性流体における相挙動の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15H05463
研究機関東京農工大学

研究代表者

柳澤 実穂  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (50555802)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード高分子混雑 / 異常拡散 / 細胞モデル / 閉じ込め / 膜界面
研究実績の概要

生物の最小単位である細胞や、細胞膜モデルとして汎用されるリン脂質膜小胞(ベシクル)では、非平衡性とエルゴード性の破れが生じることが近年示唆されている。また我々の最近の研究から、高粘性の高分子溶液をリン脂質膜でミクロ空間に閉じ込めると、高分子の拡散速度が低下することや、相分離の濃度場が熱平衡状態に達しないことが分かってきた。以上から、高濃度の高分子溶液を脂質膜で覆うと、分子の混み合いが顕著化して粘弾性的となり、バルクとは異なる振る舞いが生じるという仮説をたてるに至った。本研究では、高分子溶液を閉じ込めた細胞モデルを用いて、高分子拡散・膜界面揺らぎなどの解析を通し、膜界面と高分子の相互作用が生み出す非平衡現象を解明することを目的とした。本研究課題に対し、以下の成果を上げた。
(1)リン脂質膜で覆われたマイクロメートルサイズの高分子液滴における分子拡散を、本予算にて購入した共焦点レーザー顕微鏡を用い、蛍光相関分光法により解析した。高分子混雑とミクロサイズ閉じ込めの両方が実現される時、バルクよりも速い拡散が生じることを見出した。またその要因として、高分子鎖の配向や不均一分布に由来する低次元での分子拡散を提案した。この成果は2018年にPhys. Chem. Chem. Phys. に原著論文として掲載された。
(2)異なるサイズ・形状をもつ高分子を混雑分子として用い、(1)同様に高分子混雑する細胞モデル中での分子拡散を解析した。混雑分子の濃度が同じであっても、高分子のサイズ・形状によりその影響が変化することを明らかにした(論文準備中)。
(3)閉じ込め界面が分子拡散に与える影響を、細胞モデルを覆う膜界面からの距離依存性として解析し、混雑分子の有無により、界面距離依存性が変化することを見出した(2018年春季物理学会他にて発表)。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Dynamics of Spinodal Decomposition in a Ternary Gelling System2018

    • 著者名/発表者名
      Yutaro Yamashita, Miho Yanagisawa, Masayuki Tokita
    • 雑誌名

      Gels

      巻: 4 ページ: 26

    • DOI

      10.3390/gels4020026

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cell-size confinement effect on protein diffusion in crowded poly(ethylene)glycol solution2018

    • 著者名/発表者名
      Chiho Watanabe, Miho Yanagisawa
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 ページ: 8842-8847

    • DOI

      10.1039/C7CP08199E

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Increasing Elasticity through Changes in the Secondary Structure of Gelatin by Gelation in a Microsized Lipid Space2018

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Sakai, Yoshihiro Murayama, Kei Fujiwara, Takahiro Fujisawa, Saori Sasaki, Satoru Kidoaki, Miho Yanagisawa
    • 雑誌名

      ACS Central Science

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1021/acscentsci.7b00625

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single micrometer-sized gels: Unique mechanics and characters for applications2018

    • 著者名/発表者名
      Miho Yanagisawa, Chiho Watanabe, Kei Fujiwara
    • 雑誌名

      Gels

      巻: 4 ページ: 29

    • DOI

      10.3390/gels4020029

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 骨格で支えられた頑丈な人工細胞2018

    • 著者名/発表者名
      黒川知加子, 柳澤実穂,滝ノ上正博
    • 雑誌名

      月刊化学

      巻: - ページ: 40-43

  • [雑誌論文] 人工細胞骨格をもつリポソームの作製と薬用カプセルへの応用2017

    • 著者名/発表者名
      黒川知加子, 柳澤実穂
    • 雑誌名

      月刊ファインケミカル

      巻: - ページ: -

  • [雑誌論文] Liposomal internal viscosity affects the fate of membrane deformation induced by hypertonic treatment2017

    • 著者名/発表者名
      Kei Fujiwara, Miho Yanagisawa
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 13 ページ: 9192-9198

    • DOI

      10.1039/C7SM01421J

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Universal glass-forming behavior of in vitro and living cytoplasm2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji Nishizawa, Kei Fujiwara, Masahiro Ikenaga, Nobushige Nakajo, Miho Yanagisawa , Daisuke Mizuno
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 15143

    • DOI

      10.1038/s41598-017-14883-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] DNA cytoskeleton for stabilizing artificial cells2017

    • 著者名/発表者名
      Chikako Kurokawa, Kei Fujiwara, Masamune Morita, Ibuki Kawamata, Yui Kawagishi, Atsushi Sakai, Yoshihiro Murayama, M Nomura Shin-ichiro, Satoshi Murata, Masahiro Takinoue, Miho Yanagisawa
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS)

      巻: 114 ページ: 7228-7233

    • DOI

      10.1073/pnas.1702208114

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 粘性流体を内包したリポソームの脱水変形2018

    • 著者名/発表者名
      柳澤実穂、藤原慶
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] DNAからなる骨格を備えた人工膜の力学的測定2018

    • 著者名/発表者名
      黒川知加子、瀧ノ上正浩、柳澤実穂
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] 高分子混雑したミクロ液滴における分子拡散挙動の液滴サイズ依存性2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊千穂、柳澤実穂
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] 脂質膜ミクロ閉じ込めが誘起するゼラチンゲルの弾性及び構造変化2018

    • 著者名/発表者名
      酒井淳、村山能宏、藤原慶、木戸秋悟、柳澤実穂
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
  • [学会発表] 相分離とゲル化による高分子液滴の歪み変形2017

    • 著者名/発表者名
      小柳佳介、柳澤実穂
    • 学会等名
      第4回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] タンパク質溶液中の分子拡散に対するミクロ空間閉じ込めの影響2017

    • 著者名/発表者名
      小堀雄大、渡邊千穂、柳澤実穂
    • 学会等名
      第4回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] 高浸透圧下における相分離リポソームの膜変形2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤遥紀、柳澤実穂
    • 学会等名
      第4回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] 相互接着リポソームにおける接着と膜張力との相関2017

    • 著者名/発表者名
      小田敦士、柳澤実穂
    • 学会等名
      第4回サイボウニクス研究会
  • [学会発表] Micrometric Confinement Induces Anomalous Diffusion in Semi-dilute Polymer Solution2017

    • 著者名/発表者名
      Chiho Watanabe, Miho Yanagisawa
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017 (SFS2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Liposome stabilized with cytoskeleton of DNA gel2017

    • 著者名/発表者名
      Chikako Kurokawa, Kei Fujiwara, Masamune Morita, Ibuki Kawamata, Yui Kawagishi, Atsushi Sakai, Yoshihiro Murayama, Shin-ichiro M. Nomura, Satoshi Murata, Masahiro Takinoue, Miho Yanagisawa
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017 (SFS2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of lipid membrane on elasticity of microgel prepared inside the lipid droplet2017

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Sakai, Yoshihiro Murayama, Saori Sasaki, Takahiro Fujisawa, Satoru Kidoaki, Miho Yanagisawa
    • 学会等名
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017 (SFS2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] 粘弾性溶液を内包した細胞膜モデルの膜変形や拡散挙動2017

    • 著者名/発表者名
      柳澤 実穂
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] The world of macromolecular crowding2017

    • 著者名/発表者名
      Miho Yanagisawa
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
  • [学会発表] A synergistic effect of macromolecular crowding and biomimetic confinement on molecular diffusion2017

    • 著者名/発表者名
      Chiho Watanabe, Miho Yanagisawa
    • 学会等名
      日本生物物理学会第55回年会
  • [学会発表] Anomalous Diffusion in Crowding Biomimetic Confinements2017

    • 著者名/発表者名
      Chiho Watanabe, Miho Yanagisawa
    • 学会等名
      Liquid 2017, 10TH LIQUID MATTER CONFERENCE
    • 国際学会
  • [備考] 柳澤研究室ホームページ

    • URL

      http://web.tuat.ac.jp/~m_yanagi/

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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