組織化分子膜の機能と構造の磁場増感:分子磁気輸送と磁気膜融合・分裂

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12640555
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 尾関 寿美男 信州大学, 理学部, 教授 (60152493)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飯山 拓 信州大学, 理学部, 助手 (30313828)
• Keywords: 磁場 / 脂質 / 二分子膜 / 黒膜 / リポソーム / 膜電位 / 分子膜透過 / 膜融合

Research Abstract

脂質二分子膜の膜電位及び膜抵抗は磁場に鋭敏に応答して,その変化は電0.15T付近で極大となった。これは,膜が磁場に応答して構造を変化させたためと考えられる。実験で得られた膜電位から見積もられた膜の実効固定電荷密度は膜電位の極小で極大となった。実効固定電荷密度の磁場強度によるこの変化は,磁場強度の増加とともに脂質分子軸が磁場に対して垂直に配向しようとする傾向からくる膜密度の増加と、それに伴う水/炭化水素鎖界面の増加による不安定化による膜密度の減少とで説明される。膜電位及び膜抵抗の磁場応答は膜分子の磁気異方性による協同的な配向によって起こるので、膜に磁気異方性分子をプランテーションして膜電位を磁場制御できた。
ジパルミトイルホスファチジルコリン(DPPC)リポソームの粒径は12T付近で急激に大きくなった。一連の芳香族同族体を添加すると,磁気異方性が大きいほど低磁場で粒径変化を誘起した。たとえば,ベンゼンやアントラセンを加えると,それぞれ8T, 2Tで粒径が変化した。ピレンを添加すると,粒径の増大(融合)とともに減少(分裂)も起こった。このような粒径変化の原因は脂質膜中の分子の磁場配向であると考えられる。分子配向は膜の配向欠陥を解消し、膜の波打ちをもたらすが、その際生じる弾性エネルギーは膜の不安定化に導く。磁場による磁気エネルギーとのバランスが粒径変化を決定する。この観点から求めた粒径の安定化条件は,初期粒径r_0をもつリポソームが磁場によってn個融合し,半径rのリポソームに変化するとき,ρを膜の局所的曲率半径として,
6(1-n__-)-r_0ρ^<-1>(n^<1/2>-n)【greater than or equal】0
である。n>1を磁場融合、n<1を磁場分裂、n=1を安定と呼ぶことにする。同じ初期粒径から出発しても、添加物が異なると、また、磁場強度が異なると融合も分裂も誘起されることがわかる。この条件は,初期粒径,添加物の種類と濃度,磁場強度を変えて,確認した。

Research Products

• [Publications] H.Kurashima, H.Abe, S.Ozeki: "Magentic-field-induced deformation of lipid membranes"Molecular Physics. (印刷中). (2002)
• [Publications] H.Kurashima, H.Abe, S.Ozeki: "Magnetofusion and magnetodivision of dipalmitoylphosphatidylcholine liposomes"Studies in Surface Science and Catalysis. 132. 607-610 (2001)