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本申請研究では、脂質二分子膜に再構築した膜タンパク質を用いて細胞を一分子レベルで刺激・センシング可能なデバイスの開発を最終的な目標としている。本コンセプトを実現するためには、膜タンパクを再構築した脂質二分子膜を細胞近傍にアライメント可能なプローブ型の生体ナノポアデバイスの開発が必要である。そこで本年度は、金ナノニードルを用いたナノポアプローブの開発及びマイクロ流路デバイスと組み合わせた高空間分解能ナノポアセンシングに関して研究を実施した。
従来、ガラスピペットを用いたナノポアプローブが開発されていたが、脂質二分子膜の安定性が低く長時間センシングすることが困難であった。そこで本研究では、金ナノニードルの表面に修飾したポリマーによって脂質二分子膜を支持することで膜安定性を向上させたナノポアプローブを開発した。まず、ナノポアプローブを用いてポア形成膜タンパク質の再構築実験を行った結果、ナノポアプローブを用いたチャネル電流測定に成功した。次に、ナノポアプローブを用いた化学物質の検出実験を行った。その結果、化学物質のナノポアの通過を電流阻害として検出することに成功し、その阻害頻度には化学物質の濃度依存性が確認された。最後に、H型マイクロ流路を用いて化学物質の濃度勾配を形成しマイクロ流路内の化学物質の濃度測定を行った。その結果、シミュレーション結果と同様にリニアな濃度勾配が形成されていることを確認することができ、ナノニードル型ナノポアプローブを用いた高空間分解能ナノポアセンシングの可能性を示すことができた。
以上のように、本年度は膜タンパク質を用いた細胞と機械のインターフェイスの構築に向けナノニードル型生体ナノポアプローブを開発し、マイクロ流路と組み合わせることにより高空間分解能で化学物質の検出が可能なナノポアプラットフォームの構築に成功した。
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