細胞外基質と接する脂質二分子膜の界面構造と機能性発現との関係解明

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23350058
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 叶 深 北海道大学, 触媒化学研究センター, 准教授 (40250419)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 界面分子構造 / 細胞膜 / 細胞外基質（ECM) / 生体適応性材料 / 和周波発生（SFG) / ポリロタキサン / 高分子電解質 / タンパク質分子

研究概要

細胞表面にはコラーゲン，フィブロネクチン等からなる細胞外基質(ECM)に覆われており，細胞表面の局所環境を制御し，細胞の機能性に影響を及ぼすとされている．本研究は，界面敏感のSFG分光法を用い，ECMの機能性をもつとされる生体適合性超分子材料の界面構造を調べた．
ポリロタキサン超分子膜の界面構造を調べた結果，そのゲスト分子のα―シクロデキストリンにメチルで終端化された場合のみ，膜表面にあるPEG主鎖が再構成され，メチルが疎水側鎖と作用し，界面集合体が形成されたことが示唆された．これに伴い，ポリロタキサン薄膜の表面形状も大きく変化した． ECMの原因タンパク質の一つとされるフィブリノーゲンの吸着構造を調べた結果，同ポリロタキサン超分子薄膜表面においてのみ，特異的な吸着構造が観測されたので，これによって血小板の付着が阻害される可能性があると推論した．また，細胞接着などにも用いられる高分子電解質(PE)膜の界面構造についても調べた．作成直後の膜界面は最後に累積されたPE分子によるもので，その界面に一定な秩序性を持つことが分かった．一方，放置時間とともに，この界面構造が徐々に変化し，膜内の分子拡散により最終的に混合構造に達することが初めて観測された．このように作製されたPE膜表面に，脂質二分子膜の構造，安定性および界面水構造を調べた結果，著しく影響されたことが分かった．さらに，生体適合性と分解性の観点から，種々の四級アンモニウム表面活性剤分子の単分子膜の界面構造についても検討した．疎水アルキル鎖にアミド基やエステル基などの官能基の導入効果や長鎖アルコール分子との混合による膜構造への影響を検討した．
これらの一連の研究により，ECMのモデル物質とする生体適合性超分子材料の界面構造を分子レベルで検討し，その機能性発現機構の理解や材料設計の指針に道を開くものと考えている．

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] The Structure of Lipid Bilayers Adsorbed on Activated Carboxy Terminated Monolayers Investigated by Sum Frequency Generation Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Casford, M.; Ge, A.; Kett, P.; Ye, S. ; Davies, P.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 118 ページ: 3335-3345
  • 査読あり
• [雑誌論文] The redox reaction of hydrogen peroxide at an Au(100) electrode: Implications for oxygen reduction kinetics. (2014)
  • 著者名/発表者名: Zheng, Y.; Mei D.; Chen Y.X.; Ye, S.
  • 雑誌名: Electrochem. Commun 巻: 39 ページ: 19-21.
  • DOI: 0.1016/j.elecom.2013.12.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical and infrared spectroscopic study of the self-assembled monolayer of a cyano-bridged dimeric triruthenium complex on gold surface (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhang, H.; Sasaki, Y.; Abe, M.; Zhang, Y.; Ye, S.; Osawa, M.; Uosaki, K.
  • 雑誌名: J. Electroanal. Chem. 巻: 714-715 ページ: 51-55
  • DOI: 10.1016/j.jelechem.2013.12.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] 和周波発生(SFG)振動分光法（最新表面科学講座） (2014)
  • 著者名/発表者名: 叶深，葛愛民
  • 雑誌名: 色材協会誌 巻: 87 ページ: 64-71
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Lateral Interaction in Mixed Monolayers of Dioctadecyldimethyl Ammonium Chloride (DOAC) and Stearyl Alcohol (2013)
  • 著者名/発表者名: Ge, A.; Wu, H.; Darwish, T.; James, M.; Osawa, M.; Ye, S.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 29 ページ: 5407-5417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Properties of the Cyano Complex of Oxo-Centered Triruthenium Core [Ru3(μ3-O)(μ-CH3COO)6(pyridine)2(CN)] (2013)
  • 著者名/発表者名: Zhang, H.; Sasaki, Y.; Zhang, Y.; Ye, S.; Osawa, M.; Abe, M.; Uosaki, K.
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 53 ページ: 1288-1294
  • DOI: 10.1021/ic4012197
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Functional Group on the Monolayer Structures of Biodegradable Quaternary Ammonium Surfactants. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ge, A.; Peng, Q.; Wu, H.; Liu, H.; Tong, Y.; Nishida, T.; Yoshida, N.; Suzuki, K.; Sakai, T.; Osawa, M.; Ye, S.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 29 ページ: 14411-14420
  • DOI: 10.1021/la403502k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Stability Studies of Mixed Monolayers of Saturated and Unsaturated Phospholipids under Low-level Ozone (2013)
  • 著者名/発表者名: Qiao, L.; Ge, A.; Osawa, M.; Ye, S.
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys., 巻: 15 ページ: 17775-17785
  • DOI: 10.1039/C3CP52484A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton-Coupled Electron Transfer and Lewis Acid Recognition at Self-Assembled Monolayers of an Oxo-Bridged Diruthenium (III) Complex Functionalized with Two Disulfide Anchors (2013)
  • 著者名/発表者名: Zhang，H.; Abe, M.; Zhang, Y.; Li, G.; Ye, S.; Osawa, M.; Sasaki, Y.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 29 ページ: 10110-10119.
  • DOI: 10.1021/la401736f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preferential Adsorption of Solvents on Cathode Surface of Li-ion Batteries (2013)
  • 著者名/発表者名: Yu, L.; Liu, H.; Wang, Y.; Kuwata, N.; Osawa, M.; Kawamura, J.; Ye, S.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 52 ページ: 5753-5756
  • DOI: 10.1002/anie.201209976
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structures of Zn-Porphyrin on TiO2 in Dye-Sensitized Solar Cells Studied by Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy and Ultrafast Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Ye, S.; Kathiravan, A.; Hayashi, H.; Tong, Y.; Infahsaeng, Y.; Chabera, P.; Pascher, T.; Yartsev, A.; Isoda, S.; Imahori, H.; Sundstrum, V.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 ページ: 6066-6080
  • DOI: 10.1021/jp400336r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enzyme-Catalyzed Hydrolysis of the Phospholipid Bilayers Studied by Atomic Force Microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Wu, H.; Yu, L.; Tong, Y.; Ge, A.; Yau, Y.; Osawa, M.; Ye, S.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 巻: 1828 ページ: 642-651
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2012.09.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of Hydrophobic Metal Oxide Films (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, N.; Yokonishi, R.; Imai, T.; Nakamura, Y.; Kadokura, R.; Tong, Y.; Ye, S.; Watanabe, T.; Okura, T.
  • 雑誌名: Journal of the Society of Inorganic Materials, Japan 巻: 20 ページ: 275-281
  • 査読あり
• [学会発表] 非線形振動分光法による界面構造研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 叶深
  • 学会等名: 東北大学・理学研究科・化学専攻セミナー
  • 発表場所: 東北大学（仙台）
  • 年月日: 20140311-20140311
  • 招待講演
• [学会発表] Enzyme Catalyzed Hydrolysis of the Supported Lipid Bilayers (2014)
  • 著者名/発表者名: 叶深
  • 学会等名: The 3rd International Conference on the MEXT Project of Integrated Research on Chemical Synthesis“Synergy of Theory and Molecular Transformation”
  • 発表場所: Kyusyu University (Fukuoka)
  • 年月日: 20140110-20140111
  • 招待講演
• [学会発表] 固体表面における有機薄膜の界面分子構造ー和周波発生（SFG）振動分光法による検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 葛愛民, 喬琳, 彭奇齢, 大澤雅俊，叶深
  • 学会等名: 2013年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京）
  • 年月日: 20130927-20130929
• [学会発表] 気液界面における脂質単分子膜の構造及びその安定性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 喬琳，葛愛民，大澤雅俊，叶深
  • 学会等名: 2013年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京）
  • 年月日: 20130927-20130929
• [学会発表] 低濃度オゾン中における脂質単分子膜の構造と安定性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 喬琳，葛愛民，大澤雅俊，叶深
  • 学会等名: 第７回分子科学討論会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都）
  • 年月日: 20130924-20130927
• [学会発表] 非線形振動分光法による界面分子構造の研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 叶深
  • 学会等名: 第53回分子科学若手の会
  • 発表場所: 分子科学研究所（岡崎）
  • 年月日: 20130819-20130823
  • 招待講演