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固体表面と生体分子の界面の制御は、新しい固体/生体融合デバイスの開拓、抗原抗体反応の検出や生体内デバイスにおける非特異吸着の抑制などにおいて重要な課題である。本研究では、原子構造と化学状態を制御したサファイア表面が、タンパク質分子の構造に依存した特異な吸着特性を示すことを出発点とし、固体/生体界面の吸着機構解明、固体表面による生体分子選別技術の開拓、さらには微量タンパク質の固体基板上への濃縮技術の可能性検証を目的とした。
生体/固体界面制御の第一歩として、サファイアでは疎水領域と親水領域の共存が一般的に発現することを見出した。ついで、非特異吸着と脱離の機構解明に着目して、サファイア表面におけるタンパク質の特徴的な吸着特性の解明を進めた。タンパク質として細胞の固体表面への接着に関わるフィブロネクチンを用い、サファイア基板への吸着と脱離の過程を観察した。フィブロネクチンの帯電が弱いpH条件では、フィブロネクチン分子はサファイア基板に形成した特定のドメインに優先的に吸着をするが、そのドメイン以外への非特異吸着も見られる。溶液のpHを変化させ、フィブロネクチンの帯電を強めると、非特異吸着したフィブロネクチンは減少する。すなわち、フィブロネクチン間の静電的な反発を強くすることで、非特異吸着を抑制することができる。この結果は非特異吸着の抑制の手段として利用でき、細胞の培養や成長のコントロールへの応用が期待される。
さらに、産業的に重要なSi表面でのタンパク質分子の選択的吸着技術を確立するため、原子間力顕微鏡によるSi表面の局所酸化領域の化学状態制御を試みた。その結果、化学状態の異なるSi酸化膜をパターンニングできることを明らかにした。
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