ＤＮＡを利用する重金属イオン除去膜、導電性ワイヤーの開発研究―構造、物性、応用

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24245037
• 研究機関: 神奈川大学
• 研究代表者: 小野 晶 神奈川大学, 工学部, 教授 (10183253)
• 研究分担者: 近藤 次郎 上智大学, 理工学部, 准教授 (10546576) ; 實吉 尚郎 神奈川大学, 工学部, 助手 (10564784) ; 南川 典昭 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部, 教授 (40209820) ; 田中 好幸 徳島文理大学, 薬学部, 教授 (70333797) ; 浦田 秀仁 大阪薬科大学, 薬学部, 教授 (80211085) ; 鳥越 秀峰 東京理科大学, 理学部, 教授 (80227678)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 環境浄化 / 水銀イオンの除去 / 水銀イオン検出 / 結晶構造解析 / 多次元多核種NMR法 / ナノワイヤー

研究実績の概要

2015年度、チミンダイマーを結合した固相担体を合成し、Hg(II)イオン結合実験を行った。固相担体としてポリスチレン、ポリアクリス酸エステル、ポリメタクリル酸エステルを用いた。チミンダイマー結合ポリスチレンをカラムとし、金属水溶液を流した。カラム前の溶液の金属イオン濃度、カラム後の溶液の金属イオン濃度をICP質量分析で測定した。チミンダイマー結合ポリスチレンは、複数の金属イオンの皇后駅から、Hg(II)イオンを選択的に結合した（論文準備中）。
DNAを基盤構造とする蛍光性のHg(II)イオンセンサーを開発した。Hg(II)イオンが存在しないときはピレンのモノマー蛍光が観測されるが、Hg(II)イオンが存在するとエキシマー蛍光が観測される。多孔性ガラスに結合して、Hg(II)イオン検出デバイスを作成することを試みたが、多孔性ガラスへの担持収率が低かった。
2015年度、シトシン―Ag(I)－シトシン、C－Ag(I)－Cを有するRNA二重鎖の結晶構造を解析した。また、NMR法を用いてC－Ag(I)－Cを有するDNA二重鎖の溶液構造を解析した。窒素15で標識したシトシン残基を有するDNA鎖を合成し、多核NMR法を用いてC－CペアとAg(I)イオンの結合を解析し、シトシンN3位にAg(I)が結合していることを証明した。
2015年初夏、研究を新たな次元に導く新規ナノワイヤーの結晶構造を見出した。無限に伸びるワイヤー構造の内部で銀イオンが連続している。その距離から銀イオン間の軌道の相互作用が有り得る。錯体化学全般を見渡しても稀有な物質である。しかもこの驚くべき構造体が簡単なユニット―12塩基の天然型合成DNA―から形成される（投稿中）。

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Direct detection of the mercury-nitrogen bond in the thymine-Hg(II)-thymine base-pair with 199Hg NMR spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Takenori Dairaku, Kyoko Furuita, Hajime Sato, Jakub Sebera, Daichi Yamanaka, Hiroyuki Otaki, Shoko Kikkawa, Yoshinori Kondo, Ritsuko Katahira, F. Matthias Bickelhaupt, Celia Fonseca Guerra, Akira Ono, Vladimir Sychrovsky, Chojiro Kojima, and Yoshiyuki Tanaka
  • 雑誌名: Chem. Comm. 巻: 51 ページ: 8488-8491
  • DOI: DOI: 10.1039/C5CC02423D
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-resolution crystal structure of Ag(I)-RNA hybrid duplex containing Watson-Crick-like C-Ag(I)-C metallo-base pairs (2015)
  • 著者名/発表者名: Jiro Kondo*, Yoshinari Tada, Takenori Dairaku, Hisao Saneyoshi, Itaru Okamoto, Yoshiyuki Tanaka, Akira Ono
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 54 ページ: 13323-13326
  • DOI: 10.1002/anie.201507894
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structures, physicochemical properties, and applications of T-Hg(II)-T, C-Ag(I)-C, and other metallo-base-pairs (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Tanaka,* Jiro Kondo, Vladimir Sychrovsky, Jakub Sebera, Takenori Dairaku, Hisao Saneyoshi, Hidehito Urata, Hidetaka Torigoe and Akira Ono*
  • 雑誌名: Chem. Comm. 巻: 51 ページ: 17343-17360
  • DOI: DOI: 10.1039/C5CC02693H
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exploring a DNA Sequence for the Three-Dimensional Structure Determination of a Silver(I)-Mediated C-C Base Pair in a DNA Duplex By 1H NMR Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Takenori Dairaku, Kyoko Furuita, Hajime Sato, Yoshinori Kondo, Chojiro Kojima, Akira Ono & Yoshiyuki Tanaka
  • 雑誌名: Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids. 巻: 34 ページ: 877-890
  • DOI: DOI:10.1080/15257770.2015.1088160
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Selective Transport of Mercury(II) Ions across Supported Liquid Membrane with Thymine Derivative as Carrier (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuo Kurokawa,* Manabu Igawa, Akira Ono, and Itaru Okamoto*
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 44 ページ: 1732-1734
  • DOI: doi:10.1246/cl.150769
  • 査読あり
• [学会発表] Interaction between metal ion and mismatched thiothymine-modified duplex DNA (2015)
  • 著者名/発表者名: Ayami Yaguchi, Ryo Akiba, Akira Ono, Hidetaka Torigoe
  • 学会等名: The 42th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • 発表場所: Egret Himeji, Himeji
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-25
  • 国際学会
• [学会発表] Specific interaction between Ag+ and mismatched pyrrolo-dC-modified duplex DNA and its application to SNP detection (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanako Deguchi, Akira Ono, Hidetaka Torigoe
  • 学会等名: The 42th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • 発表場所: Egret Himeji, Himeji
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-25
  • 国際学会
• [学会発表] Formations and stabilities of metal ions mediated base pairs in duplexes with various sugar-phosphate backbone structures (2015)
  • 著者名/発表者名: Thoru Sugawara, Yuki Ando, Shion Tanisaki, Shogo Tanakashi, Akane Kumagai, Hisao Saneyoshi, Akira Ono
  • 学会等名: The 42th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • 発表場所: Egret Himeji, Himeji
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-25
  • 国際学会
• [学会発表] Structure of C-Ag(I)-C metallo base pair in RNA duplex (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshinari Tada, Takenori Dairaku, Itaru Okamoto3 Hisao Saneyoshi, Yoshiyuki Tanaka, Akira Ono, Jiro Kondo
  • 学会等名: The 42th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • 発表場所: Egret Himeji, Himeji
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-25
  • 国際学会
• [学会発表] Thermodynamic properties of the specific interaction between metal ion and mismatched base pair (2015)
  • 著者名/発表者名: Hidetaka Torigoe, Kanako Deguchi, Tetsuo Kozasa, Akira Ono
  • 学会等名: The 42th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • 発表場所: Egret Himeji, Himeji
  • 年月日: 2015-09-23 – 2015-09-25
• [産業財産権] DNAー金属ハイブリッドナノワイヤーおよびその製造方法 (2016)
  • 発明者名: 近藤次郎、多田能成
  • 権利者名: 学校法人上智学院
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-062547
  • 出願年月日: 2016-03-25
• [産業財産権] 水銀イオン捕捉材及びその製造方法、並びに処理対象の水から水銀イオンを除去する方法 (2015)
  • 発明者名: 小野 晶
  • 権利者名: 神奈川大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2015-123393
  • 出願年月日: 2015-06-19