ナノ構造設計に基づくイオンチャネルチップの開発

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21350038
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 分析化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 平野 愛弓 東北大学, 大学院・医工学研究科, 准教授 (80339241)
• 研究分担者: 庭野 道夫 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (20134075) ; 木村 康男 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (40312673) ; 青沼 有紀 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (80582262)
• 連携研究者: 菅原 正雄 日本大学, 文理学部, 教授 (50002176)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: イオンチャネル / チップ分析 / 脂質二分子膜 / ナノ構造

研究概要

細胞膜構造を人工的に構築した人工細胞膜は, 高感度バイオセンサーや薬物スクリーニング系として期待されてきたが, 脂質二分子膜は機械的強度が極めて低く, その発展の障害となっていた. 本研究課題では, 半導体微細加工技術や陽極酸化を用いて作製したナノ構造体と, バイオナノ薄膜である脂質二分子膜とを融合させることにより, 人工脂質二分子膜の最大の問題であったその機械的脆弱性の問題を解決し, 従来比約10倍の膜寿命と耐電圧特性をもち, かつ溶液交換耐性も兼ね備えた機械的強度の高い人工細胞膜系を構築することに成功した. これにより, 人工細胞膜センサーの飛躍的発展のための基礎をつくった.

研究成果

• [雑誌論文] Mechanically Stable Lipid Bilayers in Teflon-Coated Silicon Chips for Single-Channel Recordings (2012)
  • 著者名/発表者名: Azusa Oshima, Ayumi Hirano-Iwata, Tomohiro Nasu, Yasuo Kimura, and Michio Niwano
  • 雑誌名: Micro and Nanosystems 巻: 4 ページ: 2-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノ・マイクロ加工に基づく人工細胞膜センサの研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓, 大嶋梓, 木村康男, 庭野道夫
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 81 ページ: 143-146
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ modification of lipid-loaded MCM-41 channels with bovine serum albumin at a planar lipid bilayer for biosensing (2011)
  • 著者名/発表者名: Keiichiro Nozawa, Azusa Oshima, Tomohiro Nasu, Atsushi Shoji, Ayumi Hirano-Iwata, Michio Niwano and Masao Sugawara
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B : Chemical 巻: 160 ページ: 139-144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous monitoring of excitatory postsynaptic potentials and extracellular L-glutamate in mouse hippocampal slices (2011)
  • 著者名/発表者名: Shizuko Hozumi, Kana Ikezawa, Atushi Shoji, Ayumi Hirano-Iwata, Tim Bliss and Masao Sugawara
  • 雑誌名: Biosens. Bioelectron. 巻: 26 ページ: 2975-2980
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微細加工で創る人工細胞膜センサ-イオンチャネルチップの実現へ向けて- (2011)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓
  • 雑誌名: 未来材料 巻: 11 ページ: 40-44
• [雑誌論文] Improved stability of free-standing lipid bilayers based on nanoporous alumina films (2010)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Hirano-Iwata, Tasuku Taira, Azusa Oshima, Yasuo Kimura, and Michio Niwano
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 96 ページ: 213706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Free-Standing Lipid Bilayers in Silicon Chips-Membrane Stabilization Based on Microfabricated Apertures with a Nanometer-Scale Smoothness (2010)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Hirano-Iwata, Kouji Aoto, Azusa Oshima, Tasuku Taira, Ryo-taro Yamaguchi, Yasuo Kimura, and Michio Niwano
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 26 ページ: 1949-1952
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stable Lipid Bilayers Based on Micro-and Nano-Fabrication (2010)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Hirano-Iwata, Azusa Oshima, Tomohiro Nasu, Tasuku Taira, Yasuo Kimura, and Michio Niwano
  • 雑誌名: Supramolecular Chemistry 巻: 22 ページ: 405-411
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微細加工に基づく人工細胞膜センサ-イオンチャネルチップへの展開- (2010)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓
  • 雑誌名: 化学と工業 巻: 63-3 ページ: 234-235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-formation of bilayer lipid membranes on agarose-coated silicon surfaces studied by simultaneous electrophysiological and surface infrared spectroscopic measurements (2009)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Hirano-Iwata, Azusa Oshima, Kota Onodera, Kouji Aoto, Tasuku Taira, Ryo-taro Yamaguchi, Yasuo Kimura, and Michio Niwano
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 94 ページ: 243906-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualizing L-Glutamate Fluxes in Acute Brain Slices with Glutamate Oxidase-Immobilized Slips (2009)
  • 著者名/発表者名: Wataru Okumura, Nobukatsu Moridera, Ena Kanazawa, Atushi Shoji, Ayumi Hirano-Iwata, and Masao Sugawara
  • 雑誌名: Anal. Biochem. 巻: 385 ページ: 326-333
  • 査読あり
• [学会発表] 神経可塑性における放出グルタミン酸量の脳スライス内その場計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 手塚竜太, 平野愛弓, 菅原正雄, 庭野道夫
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] 半導体加工技術による人工脂質二分子膜センサの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大嶋梓, 平野愛弓, 那須朋大, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] 表面赤外分光法を用いた脂肪細胞分化過程の非標識計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 青沼有紀, 近藤康彦, 平野愛弓, 木村康男, 篠原康雄, 庭野道夫
  • 学会等名: 平成23年度日本表面科学会東北・北海道支部学術講演会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-03-09
• [学会発表] ナノ構造設計に基づくイオンチャネルチップの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓
  • 学会等名: 大阪府立大学N2RC拠点セミナー
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2012-01-27
• [学会発表] Long-Term Monitoring of Cell Differentiation Using Surface Infrared Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Aonuma, Y. Kondo, A. Hirano-Iwata, Y. Kimura, Y. Shinohara, M. Niwano
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] Planar lipid bilayers formed in Teflon-coated silicon chips for single-channel recordings (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Oshima, A. Hirano-Iwata, T. Nasu, Y. Kimura, M. Niwano
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] Stable and Solvent-Less Lipid Bilayers Based on Nano-and Micro-Fabrication (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hirano-Iwata, A. Oshima, T. Nasu, Y. Kimura, M. Niwano
  • 学会等名: 2011 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 2011-12-01
• [学会発表] Solvent-less planar lipid bilayers formed in microfabricated silicon chips (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Oshima, A. Hirano-Iwata, T. Nasu, Y. Kimura, and M. Niwano
  • 学会等名: 2011 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 2011-11-28
• [学会発表] 半導体微細加工に基づく安定化脂質イオンチャネルチップの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓
  • 学会等名: 平成23年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] 半導体微細加工に基づくイオンチャネルアレイの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 那須朋大, 大嶋梓, 平野愛弓, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2011-09-02
• [学会発表] 半導体加工に基づくイオンチャネルチップの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓
  • 学会等名: 応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会研究会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2011-06-24
• [学会発表] Improved Stability of Lipid Bilayers Based on Nano-Fabrication (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Hirano-Iwata, A. Oshima, T. Nasu, Y. Kimura, and M. Niwano
  • 学会等名: ICAS 2011
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2011-05-26
• [学会発表] 半導体加工に基づく脂質二分子膜イオンチャネルセンサの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大嶋梓, 平野愛弓, 那須朋大, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2011-03-24
• [学会発表] 表面赤外分光を用いた吸着水および水クラスターの脱離過程の観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡田健太, 平野愛弓, 青沼有紀, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 平成22年度日本表面科学会東北・北海道支部講演会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2011-03-10
• [学会発表] 表面赤外分光法を用いたミトコンドリア内ATP合成過程のリアルタイム評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 青沼有紀, 山口僚太郎, 阿部真帆, 平野愛弓, 木村康男, 篠原康雄, 庭野道夫
  • 学会等名: 第30回表面科学会講演会第51回真空に関する連合講演会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] ナノ構造設計に基づく安定化脂質二分子膜センサーの開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓
  • 学会等名: 真空・表面科学合同講演会第30回表面科学学術講演会第51回真空に関する連合講演会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2010-11-04
• [学会発表] Free-Standing Lipid Bilayers Based on Nanoporous Alumina Films (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Hirano-Iwata, T. Taira, A. Oshima, Y. Kimura, and M. Niwano
  • 学会等名: SSDM 2010
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] Surface Infrared Spectroscopic Study of ATP Synthesis in Mitochondria (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Aonuma, R. Yamaguchi, M. Abe, A. Hirano-Iwata, Y. Kimura, Y. Shinohara and M. Niwano
  • 学会等名: SSDM 2010
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] ナノ加工技術に基づく人工脂質二分子膜形成の安定化とセンサ-の応用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 那須朋大, 大嶋梓, 平良祐, 平野愛弓, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 日本分析化学会第59年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] 急性海馬スライスを電気刺激した際に放出されるグルタミン酸のリアルタイム計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 穂積志津子, 池澤香奈, 堀江未恵子, 東海林敦, 平野愛弓, Tim Bliss, 菅原正雄
  • 学会等名: 日本分析化学会第59年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] 平面脂質二分子膜中のメソポーラスシリカへのレセプター修飾法 (2010)
  • 著者名/発表者名: 野澤桂一郎, 那須朋大, 大島梓, 東海林敦, 平野愛弓, 庭野道夫, 菅原正雄
  • 学会等名: 日本分析化学会第59年会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] In situ real-time monitoring of cell responses by using surface infrared spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Hirano-Iwata, R. Yamaguchi, Y. Aonuma, Y. Kimura and M. Niwano
  • 学会等名: The 23^<rd> Annual and International Meeting of the Japanese Association for Animal Cell Technology (JAACT2010)
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2010-09-04
• [学会発表] 半導体加工に基づく安定化脂質二分子膜センサーの開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 那須朋大, 大嶋梓, 平野愛弓, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 平成22年度日本分析化学会東北支部若手交流会
  • 発表場所: 秋田
  • 年月日: 2010-07-03
• [学会発表] 表面赤外分光を用いた細胞分化過程の長期計測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡田健太, 近藤康彦, 平野愛弓, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 平成22年度日本分析化学会東北支部若手交流会
  • 発表場所: 秋田
  • 年月日: 2010-07-03
• [学会発表] 平面脂質二分子膜中のMCM-41チャネルへのレセプターその場修飾法の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 野澤桂一郎, 大島梓, 東海林敦, 平野愛弓, 庭野道夫, 菅原正雄
  • 学会等名: 日本化学会第90春季年会
  • 発表場所: 東大阪
  • 年月日: 2010-03-27
• [学会発表] 人工脂質二分子膜に基づく分子センシング (2010)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓
  • 学会等名: 平成21年度奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学特別講演
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2010-01-29
• [学会発表] 赤外吸収分光法を用いた細胞分化過程の長期観測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 近藤康彦, 平野愛弓, 木村康男, 篠原康雄, 庭野道夫
  • 学会等名: 応用物理学会東北支部第64回学術講演会
  • 発表場所: 郡山
  • 年月日: 2009-12-04
• [学会発表] ナノ構造を用いた自立型脂質二分子膜 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓, 大嶋梓, 青戸孝至, 平良祐, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 第31回日本バイオマテリアル学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-11-16
• [学会発表] Simultaneous Electrophysiological and Infrared Spectroscopic Studies of Lipid Bilayer Formation (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Oshima, A. Hirano-Iwata, K. Onodera, T. Taira, Y. Kimura, and M. Niwano
  • 学会等名: SSDM 2009
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2009-10-09
• [学会発表] 半導体微細加工技術を利用した人工脂質二分子膜センサーの開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大嶋梓, 平野愛弓, 青戸孝至, 平良祐, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 日本分析化学会第58年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2009-09-26
• [学会発表] ナノポーラス構造を用いた人工脂質二分子膜センサの開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平良祐, 大嶋梓, 平野愛弓, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 日本分析化学会第58年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] ナノ構造設計を用いた脂質二分子膜の安定化とそのセンサー応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓
  • 学会等名: 平成21年度化学系学協会東北大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-09-19
• [学会発表] 赤外吸収分光法に基づく細胞動態の長期間観測装置の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 近藤康彦, 平野愛弓, 木村康男, 篠原康雄, 庭野道夫
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] Planar Lipid Bilayers for L-Glutamate Sensing (2009)
  • 著者名/発表者名: A. Hirano-Iwata, A. Oshima, T. Taira, K. Aoto, Y. Kimura, and M. Niwano
  • 学会等名: International Symposium innovative Nanoscience of Supermolecular Motor Proteins Working in Biomembranes
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] NMDA刺激によるマウス脳海馬のカルシウム信号の成分とそれに対するコルチコステロンの急性作用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小山内裕美, 鈴木章義, 小松崎良将, 平野愛弓, 川戸佳, 斎藤稔
  • 学会等名: 第18回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2009-09-05
• [学会発表] 表面赤外分光法を用いた細胞応答のリアルタイム計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平野愛弓, 山口僚太郎, 宮本浩一郎, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 日本動物細胞工学会2009年度大会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2009-07-24
• [学会発表] 赤外吸収分光法を用いた脂質二分子膜形成過程のin situ計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大嶋梓, 平野愛弓, 小野寺恒太, 平良祐, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 平成21年東日本分析若手交流会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-07-04
• [学会発表] 赤外吸収分光法による細胞死のその場計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 近藤康彦, 山口僚太郎, 平野愛弓, 礒田博子, 宮崎均, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 平成21年東日本分析若手交流会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-07-04
• [学会発表] ポーラスアルミナを用いた人工脂質二分子膜形成とセンサ-への応用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平良祐, 大嶋梓, 平野愛弓, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 平成21年東日本分析若手交流会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-07-04
• [図書] Stable and Reproducible Bilayer Lipid Membranes Based on Silicon Microfabrication Techniques (2010)
  • 著者名/発表者名: Ayumi Hirano-Iwata, Azusa Oshima, Yasuo Kimura, Michio Niwano
  • 総ページ数: 71-86
• [備考]
  • URL: http://www.ecei.tohoku.ac.jp/hirano/