| 研究課題/領域番号 |
26410107
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
亀田 直弘 独立行政法人産業技術総合研究所, 機能化学研究部門, 主任研究員 (20517297)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 自己組織化 / 両親媒性分子 / 有機ナノチューブ / 酵素 / ナノリアクター |
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| 研究実績の概要 |
エチレンジアミンの両端にそれぞれ光応答性部位としてアゾベンゼンカルボン酸、水素結合部位としてジグリシンまたはトリグリシンを導入した両親媒性分子1と2を設計・合成し、pH 5～10に調整した水中にて加熱分散後、室温まで徐冷し、自己組織化を行った。自己組織化形態はpH、即ちグリシンアミノ基のプロトン化状態に依存し、1はpH 7.4で内径7 nmのナノチューブ1を、2はpH6.4で内径13 nmのナノチューブ2を選択的に形成した。分子パッキング解析より、ナノチューブは1または2の二分子膜構造から成ることが分かった。
ナノチューブに紫外光を照射したところ、アゾベンゼン部位のトランス→シス構造異性化が観察された。そこに可視光を照射すると完全にトランス体に戻り、二分子膜が結晶固体状態にあっても光構造異性化は可逆的に進行することが明らかとなった。ナノチューブ1は紫外光照射後、内径サイズが不均一なトロイド状ナノ構造体へと変化した。続く可視光照射により、トロイド状ナノ構造体は内径25 nmのナノリング、そしてそれが積層した内径25 nmのナノチューブへと変化した。一方ナノチューブ2は、光構造異性化による形態変化を全く示さなかった。2のトリグリシン部位が形成するポリグリシンⅡ型と呼ばれる分子間水素結合ネットワークが、光構造異性化による分子パッキング変化、及び形態変化を抑制していることが分かった。
ナノチューブにカプセル化した酵素は束縛効果により化学的・熱的安定性が増加する一方、酵素反応はナノチャンネルへの基質の拡散が遅くなることに起因し、反応速度が減少した。これに対し、上記トロイド状ナノ構造体やナノリングにカプセル化した酵素は、化学的安定性が増加するだけでなく、酵素反応速度もバルク系と同程度であった。トロイド状構造体やナノリングといった形態が、酵素リアクターの「場」として好適であるとの指標を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
平成２６年度実施計画書に記載した研究項目＜光駆動性有機ナノチューブの構築＞については、上記研究実績の概要のような成果を得たが、酵素の安定性、水和構造の安定化に関する知見を得るための同年度研究項目＜ナノチャンネル内の溶媒の物性解析＞については実施することが出来なかったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２６年度に引き続き＜光駆動性有機ナノチューブの構築＞を実施し、酵素リアクターの場としてより最適なナノコイル等へと光刺激によって形態変化可能なナノチューブの構築を目指す。また、酵素の安定性とナノチャンネル内の溶媒物性との相関関係を導き出す。平成２７年度以降の研究計画に記載した＜酵素の包接化と磁性ナノ粒子によるキャッピング＞を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成２６年度研究計画に記載した＜ナノチャンネル内の溶媒物性の解析＞が実施に至らず、それに使用する試薬を購入しなかったため、次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成２７年度に繰り越した研究計画＜ナノチャンネル内の溶媒物性の解析＞に必要な試薬として、環境応答型蛍光プローブ及び蛍光タンパク質の購入に使用する。
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