2015 Fiscal Year Annual Research Report
金属タンパク質と合成ポリマーから構成される機能性ハイブリッド界面の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Element-Block Polymer Materials |
|---|
| Project/Area Number |
15H00746
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
小野田 晃 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60366424)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 金属タンパク質 / 酸素還元反応 / ハイブリッド界面 / バイオデバイス / バイオ電極 / ポリマー |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電子移動・触媒・センサー機能を有する金属タンパク質および金ナノ粒子や高分子などのナノ材料となる機能性元素ブロックを、生体分子に特有の精密な分子間相互作用を活用した機能性ハイブリッド界面を構築し、バイオマテリアル及び生体分子デバイスへの展開をめざした。金属タンパク質を階層化してハイブリッド化する技術を発展させて、合成ポリマーとの組み合わせにより、金属タンパク質の配向やメゾスコピック構造を制御したハイブリッド材料を創製に取り組んだ。 今年度は、ポリアクリレート(PA)の側鎖のカルボン酸の一部にヘムを共有結合で修飾し、得られた修飾ポリマーの溶液にヘムタンパク質のアポ体を加えることにより、ポリマー上で再構成タンパク質を構築した。天然のヘムを除去したアポミオグロビンをヘム修飾PAと混合させることによりミオグロビン(Mb)とPAを結合した。このハイブリッド体の同定によって、それぞれのポリマー上に、タンパク質が2.8個および7.6個結合したハイブリッドを得た。ヘムを修飾したPAに対して、アポ化した2量体ミオグロビンをヘム修飾ポリマーに添加し、ヘムタンパク質の再構成を試みた。その結果、マイクロゲルが沈殿物として得られ、電子顕微鏡においてゲル形成を確認した。さらにこのマイクロゲルも天然ミオグロビンと同様に、酸化還元応答や一酸化炭素、酸素との結合能力を有し、それぞれの状態に応じた特有の色を呈することも合わせて明らかとなった。本研究では、ポリマー鎖にタンパク質を修飾する新しい手法を見出し、さらに再構成されたヘムタンパク質の機能は、天然のMbと遜色ないことが示された。また、２量体のタンパク質はポリマーの架橋剤としても働き、新たな材料につながる機能性マイクロゲルとして期待される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ポリアクリル酸に加えて、電導性高分子であるポリチオチェンを主鎖として、ヘムを側鎖修飾し、ヘム-ヘムポケットの相互作用によりヘムタンパク質を固定化した電極界面を構築も達成した。インジウム酸化スズ電極の表面に、3-チオチェンカルボン酸を活性エステル化したモノマーを電解重合してチオフェン膜を作製した後に、アミノ基を導入したヘム誘導体をカップリング後に、ヘムタンパク質の固定化した。すでに、予備的な検討から、電子移動タンパク質であるペルオキダーゼHRP などの酵素の固定化したハイブリッド界面を有する電極の作製に成功しているおり、概ね順調に研究は進展した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
特異な電子的・光学的性質をもつ金ナノ粒子は、多彩な機能性材料への応用が期待されている。直径10－100 nmの金ナノ粒子は、金の原子核に束縛された自由電子の集団振動周波数に相当する光を吸収し、表面プラズモン共鳴 (SPR)と呼ばれる光吸収特性を示すだけでなく、酸化チタンや酸化タングステンなどの半導体光触媒上に担持した際に、高い触媒活性を示す。半導体の光触媒活性は、担持金ナノ粒子の形状や、担体への担持構造が影響を及ぼすことから、次年度は、金ナノ粒子を含むハイブリッド材料の構築に、タンパク質などの生体分子間の超分子相互作用を利用した担持金ナノ粒子の形状制御に取り組む。予備的な検討から、生体分子－金界面形成により半導体光触媒の緻密な表面改質が可能であることを見出しており、強い分子間会合形成が特徴であるアミロイドペプチドを利用した金ナノ粒子集合体とWO3 半導体のハイブリッド材料の構築を実施する。
|
