生体分子の分子認識プロセスの時空間的スケールギャップ問題の解決のための基礎研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02565
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 林 智広 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (30401574)
• 研究分担者: 石田 忠 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80517607)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ナノバイオサイエンス / 生体分子

研究実績の概要

本研究の目的は、生体分子の分子認識系における微視的な1分子・ナノ秒の分子結合ダイナミクスと、巨視的な分子集団における秒~時間スケールで観察される分子結合カイネティクスの間に、双方向に議論可能な新しい反応速度論を構築することであった。これは、微視的な1分子・高時間分解能の結合相互作用力測定と巨視的な分子吸着カイネティクス解析を行うことによって達成を目指した。
具体的には、ナノ秒スケールの1分子結合ダイナミクス（微視レベル）と秒から時間スケールの結合・反応カイネティクス（巨視レベル）の相関を、様々な分子環境（温度、塩濃度、pH、分子夾雑状態など）において解析した。微視的な結合ダイナミクスの情報を用いて巨視的な反応次数、速度定数の定式化を行い、これにより巨視的な観測から微視的な知見を得るための方法論を提案した。
この研究により、経験則に頼らない理論的裏付けのあるバイオセンサー表面の設計、体内環境を擬似的に再現する分子シミュレーションなどへと繋がる基盤学理・技術の創成を目指した。結果として、微視的な結合ダイナミクスと巨視的な反応カイネティクスの間に新しい反応速度論を構築することが可能となった。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Formation and Thermal Stability of Ordered Self-Assembled Monolayers by the Adsorption of Amide-Containing Alkanethiols on Au(111) (2023)
  • 著者名/発表者名: Son Young Ji、Han Jin Wook、Kang Hungu、Seong Sicheon、Han Seulki、Maeda Shoichi、Chikami Shunta、Hayashi Tomohiro、Hara Masahiko、Noh Jaegeun
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 ページ: 3241～3241
  • DOI: 10.3390/ijms24043241
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of Three-Dimensional Bacterial Adhesion Manner on Model Organic Surfaces Using Quartz Crystal Microbalance with Energy Dissipation Monitoring (2023)
  • 著者名/発表者名: Glenn Villena Latag, Taichi Nakamura, Debabrata Palai, Evan Angelo Quimada Mondarte, and Tomohiro Hayashi
  • 雑誌名: ACS Appl Bio Mater 巻: 6 ページ: 1185-1194
  • DOI: 10.1021/acsabm.2c01012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of hydration states of ionic liquids by Fourier transform infrared absorption spectroscopy: relevance to stabilization of protein molecules (2023)
  • 著者名/発表者名: Navin Rajapriya Inbaraj, Subin Song, Ryongsok Chang, Kyoko Fujita, Tomohiro Hayashi
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 39 ページ: 2558-2568
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.2c02851
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation and superlattice of long-range and highly ordered alicyclic selenolate monolayers on Au(1 1 1) studied by scanning tunneling microscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Hungu Kang, Hyerim Jeong, Sicheon Seong, Seulki Han, Young Ji Son, Hiroyuki Tahara, Tomohiro Hayashi, Hyo Jae Yoon, Jaegeun Noh
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 572 ページ: 151454
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.151454
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of Vicinal Water in Soft Contact Lenses Using a Combination of Infrared Absorption Spectroscopy and Multivariate Curve Resolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Shoichi Maeda, Shunta Chikami, Glenn Villena Latag, Subin Song, Norio Iwakiri, Tomohiro Hayashi
  • 雑誌名: Molecules 巻: 27 ページ: 2130
  • DOI: 10.3390/molecules27072130
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interphase Protein Layers Formed on Self-Assembled Monolayers in Crowded Biological Environments: Analysis by Surface Force and Quartz Crystal Microbalance Measurements (2022)
  • 著者名/発表者名: Evan Angelo Quimada Mondarte, Elisa Margarita Zamarripa, Ryongsok Chang, Fan Wang, Subin Song, Hiroyuki Tahara, Tomohiro Hayashi
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 38 ページ: 1324-1333
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c02312
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction of Serum Adsorption onto Polymer Brush Films by Machine Learning (2022)
  • 著者名/発表者名: Debabrata Palai, Hiroyuki Tahara, Shunta Chikami, Glenn Villena Latag, Shoichi Maeda, Chisato Komura, Hideharu Kurioka, Tomohiro Hayashi
  • 雑誌名: ACS Biomater. Sci. Eng. 巻: 8 ページ: 3765-3772
  • DOI: 10.1021/acsbiomaterials.2c00441
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 機械学習を用いたバイオインターフェースの設計: 単分子膜を用いた検証から高分子膜への展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: Debablata Palai, 千頭 俊太, 前田 翔一, 田原 寛之, 林 智広
  • 雑誌名: 表面と真空 巻: 65 ページ: 10－14
  • DOI: 10.1380/vss.65.10
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 表面・界面科学の手法による生体分子・細胞と人工材料の界面の分子プロセスの解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 雑誌名: バイオマテリアル ‐生体材料‐ 巻: 40 ページ: 38-43
• [雑誌論文] 表面科学の手法を用いたバイオマテリアル近傍の水の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: 121 ページ: 7-10
• [雑誌論文] 表面・界面・情報科学の融合による抗付着性コーティング材料の設計 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 雑誌名: 日本金属学会会報「まてりあ」 巻: 61 ページ: 765-768
• [雑誌論文] 情報科学を用いた生体適合性単分子膜・高分子コーティングの設計 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 雑誌名: 成形加工 巻: 34 ページ: 398-401
  • DOI: 10.4325/seikeikakou.34.398
• [雑誌論文] Surface structure and work function change of pentafluorobenzeneselenolate self-assembled monolayers on Au (111) (2022)
  • 著者名/発表者名: Sicheon Seong, Hungu Kang, Seulki Han, Young Ji Son, Jiung Jang, Hyo Jae Yoon, Shoichi Maeda, Subin Song, Debabrata Palai, Tomohiro Hayashi, Jaegeun Noh
  • 雑誌名: Surfaces and Interfaces 巻: 33 ページ: 102228
  • DOI: 10.1016/j.surfin.2022.102228
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Experimental Characterization of Water Condensation Processes on Self-Assembled Monolayers Using a Quartz Crystal Microbalance with Energy Dissipation Monitoring (2022)
  • 著者名/発表者名: Song, Subin, Latag, Glenn Villena, Mondarte, Evan Angelo Quimada, Chang, Ryongsok, Hayashi, Tomohiro
  • 雑誌名: Micro 巻: 2 ページ: 513-523
  • DOI: 10.3390/micro2030033
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Protein- and Cell-Resistance of Zwitterionic Peptide-Based Self-Assembled Monolayers: Anti-Biofouling Tests and Surface Force Analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryongsok Chang, Evan Angelo Quimada Mondarte, Debabrata Palai, Taito Sekine, Daiki Murakami, Masaru Tanaka, Tomohiro HayashiAki Kashiwazaki,
  • 雑誌名: Frontiers in Chemistry, Sec. Physical Chemistry and Chemical Physics 巻: 9 ページ: 748017
  • DOI: 10.3389/fchem.2021.748017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tyrosine-based photoluminescent diketopiperazine supramolecular aggregates (2021)
  • 著者名/発表者名: Noritaka Shimosaraya,Taichi Sotani, Yu Miyagi, Evan Angelo Quimada Mondarte, Kasinan Suthiwanich, Tomohiro Hayashi , Yuuya Nagata, Hiromitsu Sogawa, Fumio Sanda
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 18 ページ: 137-145
  • DOI: 10.1039/D1SM01206A
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical force spectroscopic mapping of nanoparticle-embedded polyester fiber by atomic force microscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Taichi Nakamura, Evan Angelo Quimada Mondarte, Hiroyuki Tahara, Ryongsok Chang, Tomohiro Hayashi
  • 雑誌名: Molecular Crystals and Liquid Crystals 巻: 728 ページ: 52-58
  • DOI: 10.1080/15421406.2021.1946977
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dendronized oligoethylene glycols with phosphonate <i>tweezers</i> for cell-repellent coating of oxide surfaces: coarse-scale and nanoscopic interfacial forces (2021)
  • 著者名/発表者名: Czajor Julian、Abuillan Wasim、Nguyen Dinh Vu、Heidebrecht Christopher、Mondarte Evan A.、Konovalov Oleg V.、Hayashi Tomohiro、Felder-Flesch Delphine、Kaufmann Stefan、Tanaka Motomu
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 11 ページ: 17727～17733
  • DOI: 10.1039/D1RA02571F
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] AIを用いたバイオマテリアル設計 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林 智広
  • 雑誌名: 工業材料 巻: 69 ページ: 59
• [学会発表] Prediction of serum adsorption onto polymer brush films by machine learning (2022)
  • 著者名/発表者名: Shunta Chikami, Tomohiro Hayashi
  • 学会等名: 第32回日本MRS年次大会
• [学会発表] Investigation of hydration states of protein stabilizing ionic liquids by ATR-IR and 1H-NMR spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Navin Rajapriya INBARAJ, Subin SONG, Ryongsok CHANG, Kyoko FUJITA, Tomohiro HAYASHI
  • 学会等名: 第32回日本MRS年次大会
• [学会発表] Influence of UV/ozone treatment of polymer surfaces on the enhancement of cell adhesion (2022)
  • 著者名/発表者名: Riko KAIZU, Hiroyuki TAHARA, Glenn Villena LATAG, Tomohiro HAYASHI
  • 学会等名: 第32回日本MRS年次大会
• [学会発表] Investigation of Bacterial Adhesion on Various Surfaces using Quartz Crystal Microbalance with Energy Dissipation (QCM-D) Monitoring (2022)
  • 著者名/発表者名: Glenn Villena Latag, Taichi Nakamura, Evan Angelo Quimada Mondarte, Tomohiro Hayashi
  • 学会等名: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Investigation of bacterial adhesion on self-assembled monolayers using quartz crystal microbalance with energy dissipation monitoring (2022)
  • 著者名/発表者名: Glenn Villena LATAG, Taichi NAKAMURA, Debabrata PALAI, Evan Angelo Quimada MONDARTE, Tomohiro HAYASHI
  • 学会等名: 第32回日本MRS年次大会
• [学会発表] Insertion process of DNA nanopores into supported lipid bilayers (2022)
  • 著者名/発表者名: Zugui PNEG, Glenn Villena LATAG, Hiroyuki TAHARA, Tomohiro HAYASHI, Tohru YAGI
  • 学会等名: 第32回MRS年次大会
• [学会発表] A new interface-sensitive analytical method based on a combination of linear spectroscopy and informatics (2022)
  • 著者名/発表者名: Subin Song, Tomohiro Hayashi
  • 学会等名: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Viscoelasticity of water layers on model organic surfaces: analyses by quartz crystal microbalance with energy dissipation monitoring (2022)
  • 著者名/発表者名: Subin SONG, Glenn Vilena LATAG, Evan Angelo Quimada MONDARTE, Ryongsok CHANG, Tomohiro Hayashi
  • 学会等名: 第32回MRS年次大会
• [学会発表] Evaluation of viscoelasticity of water layers on model solid surfaces by quartz crystal microbalance with energy dissipation monitoring (QCM-D) (2022)
  • 著者名/発表者名: Subin Song, Evan Angelo Mondarte, Tomohiro Hayashi
  • 学会等名: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Visualization of RGD distribution formed on material surfaces with nanoscale resolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Tahara, Ryongsok Chang, Evan Angelo Quimada Mondarte, Tomohiro Hayashi
  • 学会等名: 第32回日本MRS年次大会
• [学会発表] 高分子表面へのUVオゾン処理の細胞接着への影響とそのメカニズム (2022)
  • 著者名/発表者名: 海津莉子, 林智広
  • 学会等名: 第3回日本Aquaphotomics研究会
• [学会発表] 機械学習による抗バイオファウリングな高分子ブラシ膜の物理・化学構造の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 千頭俊太, 前田翔一, 林智広
  • 学会等名: 第3回日本Aquaphotomics研究会
• [学会発表] ソフトコンタクトレンズの界面水の水素結合状態の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 前田翔一, 千頭俊太, Subin Song, Glenn Latag, 林智広
  • 学会等名: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 減衰全反射赤外分光法と多変量曲線分離法を用いたソフトコンタクトレンズの水和水の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 前田翔一,千頭俊太, Subin Song, 林智広
  • 学会等名: 第3回日本Aquaphotomics研究会
• [学会発表] 固体表面に形成された細胞認識サイトのナノスケール分解能での可視化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田原寛之, 張嶺碩, Evan Angelo Mondarte, 林智広
  • 学会等名: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 表面科学の手法を用いたバイオマテリアル近傍の水の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 学会等名: 電子情報通信学会 有機エレクトロニクス研究会（OME）
• [学会発表] 線形分光と情報科学の融合による新しい界面選択的分光:コスト1/20のSFGは実現可能か? (2022)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 学会等名: 第3回日本Aquaphotomics研究会
• [学会発表] 海外経験と異分野交流で得た研究のダイバーシティ (2022)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 学会等名: 日本バイオマテリアル学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Design of novel RNA hydrogel materials made of self-assembling RNA higher-order structures (2021)
  • 著者名/発表者名: Josephine Galipon, Karim Raqbi, Lala Ito, Arisa Tsuruoka, Masaru Tomita, Ryongsok Chang, Evan Angelo Quimada Mondarte, Tomohiro Hayashi, Hidemitsu Furukawa
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会
• [学会発表] Data-driven prediction of protein adsorption on model organic surfaces: from self-assembled monolayers to polymer surfaces (2021)
  • 著者名/発表者名: Debabrata Palai, Shunta Chikami, Shoichi Maeda, Tomohiro Hayashi
  • 学会等名: MRM 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Interactions at nanoscales at biointerfaces (2021)
  • 著者名/発表者名: Subin Song, Fan Wang, Enkhriimaa Bat-Erdene, Tomohiro Hayashi
  • 学会等名: KJF-ICOMEP 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 固体表面上に吸着したタンパク質が形成する細胞認識サイトのナノスケール分解能での可視化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田原寛之, 張嶺碩, Evan Angelo Quimada Mondarte, 林智広
  • 学会等名: 第82回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 抗付着性単分子膜が引き起こすナノメートルスケールの相互作用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林 智広
  • 学会等名: 第70回高分子討論会
• [学会発表] バイオマテリアルの生体適合性のメカニズム解明およびデータ科学による材料設計 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 学会等名: S&Tセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] コンビナトリアル実験と情報科学の融合による生体材料の設計 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 学会等名: 日本ゴム協会年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 実験と機械学習によるバイオマテリアルの評価・設計: 実験科学者が使う情報科学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 学会等名: 電気学会
  • 招待講演
• [学会発表] バイオ界面解析とインフォマティクスとの融合 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 学会等名: 日本化学会 CSJ 化学フェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] バイオマテリアルの表面構造と界面相互作用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 学会等名: 物質・デバイス領域共同研究拠点 アライアンス研究会「バイオ界面水の役割と機能-生物相分離における界面科学」
  • 招待講演
• [学会発表] マテリアルズインフォマティクスを利用した抗付着性表面の設計 (2021)
  • 著者名/発表者名: 林智広
  • 学会等名: 新化学技術推進協会（JACI） 材料分科会
  • 招待講演
• [図書] 吸着技術の産業応用～基礎知識・吸着剤の特性・技術応用事例～ (2023)
  • 著者名/発表者名: 大久保 貴広、濱本 芳徳、永廣 卓哉、林 智広など
  • 総ページ数: 348
  • 出版者: 情報機構
  • ISBN: 978-4-86502-244-5
• [図書] 製品利用に向けたバイオマテリアル開発の基本事項と注意点―材料の特徴・材料劣化・表面解析・安全性試験・ニーズ収集― (2022)
  • 著者名/発表者名: 塙 隆夫、菊池 正紀、田中 賢、林 智広など
  • 総ページ数: 306
  • 出版者: 情報機構
  • ISBN: 978-4-86502-236-0
• [備考] 林研究室WEBサイト
  • URL: http://lab.spm.jp/
• [産業財産権] 分光法による界面領域の測定方法 (2022)
  • 発明者名: 林智広,松田智昌,一色綾子
  • 権利者名: 林智広,松田智昌,一色綾子
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2022-165788