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タンパク質結晶内部に三次元状に広がる溶媒チャンネルはナノ細孔構造を有しており、かつその細孔は表面のタンパク質に由来するキラル空間であることから、タンパク質結晶は新規かつ高機能な多孔質材料であるといえる。我々はこれまでこのタンパク質結晶細孔への分子導入をin situ観察で明らかにし、その機能と有用性を実証してきた。本研究ではこれを発展させ、結晶細孔に多様な機能性分子を導入し配列させること、および内部で化学反応を起こし主に金ナノ構造体を形成する、つまりタンパク質結晶をテンプレートとすることで初めて得られる誘導放出や表面増強ラマン散乱など新たな光学特性を発現する三次元的複合ナノ構造材料を作り出すことを目的としている。
計画3年目の本年は、昨年度に確立したタンパク質結晶の柔らかく脆い欠点をグルタルアルデヒドによる架橋・固定化により克服した結晶を用い、細孔内での金および銀ナノ粒子調製の高度な制御を試みた。細孔内で金ナノ粒子が調製できること、およびその調製時間をレーザー照射による光還元と組み合わせることで大幅に短縮できることは初年度に明らかにしていたが、それを更に発展させ、レーザー光を結晶全体にくまなく照射する広域照射ではなく、結晶内の一点への集光照射を試みた。この方法により光還元を行う箇所を空間的に制限することができ、集光点の走査により結晶内で金ナノ粒子のパターニングに成功した。これは結晶内に形成する金ナノ粒子の粗密を制御できたということでもあり、申請時に提案した表面増強ラマン散乱用のテンプレートとして申し分のないもとのなったと考える。また、以上のことは金だけでなく銀ナノ粒子でも同様に実現できることも示しており、今後この架橋タンパク質結晶はプラズモニック材料の集積した光学材料として大きく期待ができるものと考えている。
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