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2023 年度 実績報告書

生体分子表面・界面の電位分布をナノスケール計測する液中AFMの開拓

研究課題

研究課題/領域番号 22K14602
研究機関名古屋大学

研究代表者

平田 海斗  名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (50909984)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワード原子間力顕微鏡 / 液中電位計測 / 脂質二重層膜 / 生体分子
研究実績の概要

本研究では、これまで我々が独自開発を行ってきた原子間力顕微鏡ベースの液中電位計測技術である液中オープンループ電位顕微鏡(OL-EPM)を初めて生体分子の計測へと応用する。本研究期間の目的は、生体膜の基本構造である支持脂質二重層膜(SLB)を基本試料として電位計測を行い、本技術が生体分子計測へと応用可能であることを実験的に示すこと、加えて電位可視化メカニズムを解明することである。
まず、OL-EPM計測を行うための基盤技術の確立を行った。具体的には、SLBを導電性基板上に展開する手法と柔らかく高周波な超小型カンチレバーの利用プロトコルの開発を行った。試行錯誤の末、Au(111)上にCOOH末端のアルカンチオール単分子膜(SAM)を修飾することによりSLBを形成することに成功した。また本基板でDOEPCやDOPGなどの正負の有電荷脂質を展開し、OL-EPM計測を行った。有電荷脂質については得られた電位が脂質分子の頭部基の電荷を反映していることを明らかにした。
次に、COMSOLを用いた有限要素法シミュレーションにより、簡易的な液中での実験系を構築し、探針‐試料間に交流バイアスを印可した時の挙動について調査した。薄さ数nm程度の分子膜であれば、探針が検出できる程度の強度で電界が生じていることが分かった。
応用研究として、SphingomyelinのSLBについてcholesterolの有無でSLBの電位がどう変化するかについて計測を行った。Cholesterolを添加していないSLBはCOOH末端のSAMとの電位差が小さく、SLBがわずかに正に大きいことがわかった。一方、Cholesterolを添加することで電位が負に大きくなる傾向を持つことがわかった。本結果は、脂質膜への生体分子の吸着に大きく関係する因子であり、実験的に直接可視化することができた初めての例である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Dynamics of Molecular Self‐Assembly of Short Peptides at Liquid?Solid Interfaces ? Effect of Charged Amino Acid Point Mutations2024

    • 著者名/発表者名
      Yurtsever Ayhan、Hirata Kaito、Kojima Ryohei、Miyazawa Keisuke、Miyata Kazuki、Kesornsit Sanhanut、Zareie Hadi、Sun Linhao、Maeda Katsuhiro、Sarikaya Mehmet、Fukuma Takeshi
    • 雑誌名

      Small

      巻: - ページ: 2400653

    • DOI

      10.1002/smll.202400653

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Size‐Dependent Corrosion of Al‐Fe Intermetallic Particles at Al‐Mg Alloy Surfaces Investigated by In‐Liquid Nanoscale Potential Measurement Technique2023

    • 著者名/発表者名
      Hirata Kaito、Okamoto Takahiro、Kitagawa Takuya、Tomitori Masahiko、Ozawa Takahiro、Fukuma Takeshi
    • 雑誌名

      Small

      巻: 19 ページ: 2207859

    • DOI

      10.1002/smll.202207859

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biophysical Properties of the Fibril Structure of the Toxic Conformer of Amyloid-β42: Characterization by Atomic Force Microscopy in Liquid and Molecular Docking2023

    • 著者名/発表者名
      Biyani Radhika、Hirata Kaito、Oqmhula Kenji、Yurtsever Ayhan、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Takagi Masahiro、Fukuma Takeshi、Biyani Manish
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 15 ページ: 27789~27800

    • DOI

      10.1021/acsami.3c06460

    • 査読あり
  • [学会発表] Experiments and FEM simulations of surface potential measurements of lipid bilayers by open-loop electric potential microscopy in liquid2023

    • 著者名/発表者名
      D. Hamasaki, K. Hirata, A. Sumino, S. Yamamoto, T. Fukuma
    • 学会等名
      31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM31)
    • 国際学会
  • [学会発表] Corrosion Mechanism of Aluminum Alloy Investigated by in-Liquid Nanoscale Potential Measurement Technique2023

    • 著者名/発表者名
      S. Yamamoto, K. Hirata, D. Taniguchi, T. Okamoto, T. Kitagawa, T. Ozawa, T. Fukuma
    • 学会等名
      9th Multifrequency AFM conference
    • 国際学会
  • [学会発表] ナノスケール液中電位分布計測技術を用いたアルミニウム合金材料の粒界腐食機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      山本伸之介,谷口大騎,岡本貴浩,平田海斗,小澤敬祐,福間剛士
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 液中局所電位分布計測技術を用いたAl合金表面におけるナノスケール腐食機構解析2023

    • 著者名/発表者名
      小西沙和、山本伸之介、平田海斗、福間剛士
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] オープンループ電位顕微鏡によるイオン液体/金電極界面におけるサブナノメートルスケール電荷分布の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      五十嵐 陽彦、炭竃 享司、平田 海斗、宮田 一輝、宮澤 佳甫, 清水 直, 岩佐 義宏, 福間 剛士
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [備考] 福間研究室

    • URL

      https://fukuma.w3.kanazawa-u.ac.jp/NewHP/index/index.html

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公開日: 2024-12-25  

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