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固体と生体分子の界面制御は、抗原抗体反応を検出するバイオセンサや体内へのインプラントにおける非特異吸着の抑制などにおいて重要である。本研究では、原子構造と化学状態を制御した酸化物表面がタンパク質分子の種類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を目的とした。
上記目的のため、まず酸化物の代表としてサファイア表面の構造と化学状態を制御し、疎水領域と親水領域の共存の機構を明らかにした。さらに、チタン酸化物表面においても、疎水ドメインと親水ドメインが共存することを見出した。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については、タンパク質分子の固体表面へのアプローチと吸着後の挙動に分離して機構解明を進めた。構造的には類似しているが電荷の異なる数種類のタンパク質を用意し、吸着パターンを比較した。その結果、タンパク質分子が基板に到達するかどうかは分子のもつ電荷が主要な役割を果たしていることを明らかにした。一方、脱離においては、吸着後の変成が主要な役割をもつことが示唆された。
固体と細胞との界面は、基板に支持された脂質二重膜によって模擬できる。相分離サファイア表面を用い、脂質二重膜のパターン制御を行った。脂質分子の長さ、電荷、およびコレステロールとの結合の異なる様々な脂質分子を用意し、ベシクル融合法によって脂質二重膜を形成した。コレステロールの添加量を制御し、生細胞において細胞機能を発現しているラフト構造の固体表面における形成制御を行った。その結果、固体表面の化学状態ドメインに応じて様々なラフト構造が現れることを見出し、固体に支持された脂質二重膜において人工ラフトを実現できることを示した。
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