| 研究課題/領域番号 |
21H01767
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| 研究機関 | 中央大学 |
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研究代表者 |
小松 晃之 中央大学, 理工学部, 教授 (30298187)
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| 研究分担者 |
森田 能次 中央大学, 理工学部, 助教 (40795308)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | ウイルス / 蛋白質 / マイクロチューブ / 光重合 / 白金ナノ粒子 / 交互積層 |
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| 研究実績の概要 |
有機系マイクロチューブ、ナノチューブの合成と応用に注目が集まっている。研究代表者は多孔性ポリカーボネイト（PC）膜を用いた独自の鋳型内交互積層法により、中空シリンダー構造の蛋白質マイクロ・ナノチューブの一群を合成し、その分子捕捉能や触媒能を明らかにしてきた。本研究では、水中で自走しながらウイルスを捕集する蛋白質/高分子ハイブリッドマイクロチューブモーターの合成に挑戦する。鋳型内光重合法と鋳型内交互積層法を組合せ、均質で分散性の高いマイクロチューブを調製するとともに、外表面に蛋白質や抗体を結合し、動きながらウイルスを捕集できる革新的マイクロシリンダーとして完成する。
①蛋白質/高分子ハイブリッドマイクロチューブの合成
まず、多孔性PC膜（孔径8.0μm）を用いた鋳型内光重合法により、基本骨格となる高分子マイクロチューブを合成した。PC膜をリン酸ビス[2-(メタクリロイルオキシ)エチル]と開始剤を含むメタノール溶液に浸漬し、溶媒を除去後、光ラジカル重合を行い、架橋ポリマーからなる高分子マイクロチューブを作成した。引き続き、そのPC膜をシリンジホルダーに装着し、白金ナノ粒子水溶液を通過させた後、テンプレートをDMFで溶解することによりマイクロチューブを単離した。構造解析は電子顕微鏡観察により行った。最後に外表面にフェチュインを結合し、目的とするハイブリッドマイクロチューブを得た。
②蛋白質/高分子ハイブリッドマイクロチューブモーターの自走能の解析
得られたマイクロチューブのリン酸緩衝水分散液にH2O2水溶液を添加すると、最内層の白金ナノ粒子がH2O2の不均化反応を触媒するため、チューブは末端開口部からO2バブルを連続的に噴射しながら前進した。自走現象をハイスピードカメラ装着光学顕微鏡システムで観察し、高速顕微画像処理ソフトを用いた動的解析から最適走行条件を決定した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
計画に従い実験を順調に遂行し、2021年度の目標であった「鋳型内光重合法・交互積層法による蛋白質/高分子ハイブリッドマイクロチューブの合成」、「得られた蛋白質/高分子ハイブリッドマイクロチューブモーターの自走能の解析」の２項目を達成することができた。PC膜孔径の選定や光重合条件の検討に時間を要したが、網羅的に実験を進め、それぞれ最適条件を決定することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
蛋白質/高分子ハイブリッドマイクロチューブを自走させることに成功したので、酵素（カタラーゼ）を最内層に配置したマイクロチューブも合成し、その自走能を明らかにする。本研究の最終目標は、自走するマイクロチューブの外表面にインフルエンザウイルス捕集能を持たせることである。一般に感染力のあるウイルス粒子を通常の実験室で扱うことはできない。そこで、まず感染力を持たないインフルエンザウイルス型蛍光ナノ粒子を調製し、それをモデルとして捕捉挙動を詳細に解析する。
①酵素を内孔壁に結合したマイクロチューブモーターの合成と自走能の解析
内孔壁の白金ナノ粒子をカタラーゼに変換したマイクロチューブモーターを合成する。カタラーゼもH2O2の不均化によるO2の発生を引き起こすため、マイクロチューブはバブルを噴射しながら自走する。これらチューブの自走速度は白金ナノ粒子系より遅いと予想している。
②インフルエンザウイルス型蛍光ナノ粒子の合成
インフルエンザウイルスの表面にはスパイク蛋白質ヘマグルチニン（HA）が突き出しており、それが宿主細胞表面にあるシアル酸を認識・結合することで感染が始まる。もし、同じ大きさの蛍光ナノビーズにHAを結合したインフルエンザウイルス型蛍光ナノ粒子をつくることができれば、本課題のみならず、広くウイルス研究が加速すると考えられる。そこで、蛍光ポリスチレンビーズ（粒径 100nm）の表面カルボキシル基にニッケル(ニトリロ三酢酸)錯体を結合し、His-tagを有するHAを混合する方法で、表面にHAを固定したナノビーズを合成する。His-tagを持つスパイク蛋白質さえあれば、様々な種類のウイルス形状蛍光ナノ粒子（感染力はない）を調製できる。
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