【研究分野】機能物性化学

【研究領域課題番号】16H04129 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

二分子膜 / イオンチャネル / 分子機械 / 相転移 / ヒステリシス / メカノセンシティブチャネル / 両親媒性分子 / 刺激応答性 / 熱応答 / オリゴエチレングリコール / マルチブロック分子 / マルチブロック / メカノセンシティブイオンチャネル / 張力 / マルチブロック構造 / 超分子化学 / ポリエチレングリコール / 生物模倣 / 自己組織化 / 分子デバイス

【研究成果の概要】

細胞膜に含まれるタンパク質の構造を模倣し，水との親和性の高い親水部と親和性の低い疎水部を交互に連結した交互両親媒性骨格を有する分子を設計し，その合成法を確立した。力学的エネルギーや熱などの外部刺激に応答して分子構造や集合形態の変化をおこし，その結果として物性を変化させることのできる，刺激応答性分子素子の開発に成功した。

【研究の社会的意義】

本研究の成果は，細胞内でタンパク質により行われている様々なセンシング，例えば温度センシングや力学センシングを，人工分子でも実現できることを示した先駆的な結果であり，ナノメートルサイズの微小センサーを構築する分子設計を可能とする，大きなブレークスルーをもたらすことが期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】応用物性

【研究領域課題番号】16K13661 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有機トランジスタ / 自己組織化 / 超薄膜 / 二分子膜 / トンネル効果

【研究成果の概要】

本研究は、パイ電子骨格とアルキル鎖が連結した非対称な棒状有機分子が、細胞膜に似た２分子膜構造にもとづくきわめて高均質な極薄単結晶層を与えることを手がかりに、アルキル鎖により層内に形成された極薄絶縁層に着目し、これをデバイス機能として活用することを目的とした。２分子膜の積層数を制御した高均質なPh-BTBT-C10単結晶薄膜による電界効果型トランジスタを作製し、これを用いて単結晶層内の層間伝導挙動を詳細に調べた。その結果、二分子膜構造内に形成されたアルキル鎖層が、トンネル機構に由来した巨大な層間抵抗に起因した特異な伝導挙動を与えることが明らかになった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】生体関連化学

【研究領域課題番号】17655071 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分析科学 / 生体分子 / 自己組織化 / ナノ材料 / 蛋白質 / ゲル / ゲル電気泳動 / 二分子膜 / 組織化重合 / 重合性界面活性剤 / アクリルアミド

【研究成果の概要】

重合性界面活性剤イタコン酸ドデシルグリセリル(DGI : n-C_<12>H_<25>OCOCH_2C(=CH_2)COOCH_2CH(OH)一CH_20H)は、少量のイオン性界面活性剤の存在下で、サブミクロンの距離を隔てた規則的な二分子膜(ラメラ液晶)を形成し、可視光の回折によって発色するという面白い現象を示す。さらにアクリルアミド(AAm)、メチレンビスアクリルアミドが共存する水溶液中で重合することによって、二分子膜構遥を維持したままアクリルアミドゲル中に固定化できる。この二分子膜固定化ゲルは、世界中で当研究室にしか存在しないユニークな材料である。このユニークなゲルを、ゲル電気泳動基材として応用するのが本研究の目的である。
上記の二分子膜固定化ゲルを基材として使用し、i)陰イオン性色素、ii)水溶性蛋白質、iii)膜蛋白質を対象サンプルとして、電気泳動による分離の検討を行った。比較として、既存の手法であるポリアクリルアミドゲル電気泳動法(PAGE)による分離の実験を、どのサンプルに対しても常に行った。低分子量の色素に対しては、二分子膜固定化ゲルによる電気泳動はPAGEと類似の分離挙動を示すが、移動度がやや遅い傾向が見られた。これは、二分子膜が存在することによって、サンプルの疎水性/親水性的性質が分離に働いた結果であると考えられる。本二分子膜固定化ゲルにおいては、ゲルの網目によるふるい効果以外にも別の分離機構が働いていることになり、興味深い。
水溶性蛋白質の分離においては、二分子膜固定化ゲル中の移動度は常にPAGE中より速かった。この傾向は、固定化される二分子膜濃度が高くなる程顕著であった。この結果から、水溶性蛋白質は二分子膜中に取り込まれることなく、水相のみを移動しているのではないかと考えられる。二分子膜濃度が1.2〜1.6wt%程度で分離能が最もよくなり、2.0%を超えると分離せず、本手法として利用することは不可能であった。
膜蛋白質をサンプルとした場合には、二分子膜固定化ゲル中を蛋白質は殆ど移動出来なかった。これは、膜蛋白質が二分子膜内に強く捕捉されるためではないかと考えられる。水溶性蛋白質の分離挙動との違いに着目すれば、水溶性蛋白質と膜蛋白質を分離する、新しい分離法が提案できたのではないかと思われる。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)