Search for design guidelines using soft interfaces as functional materials-From vesicle membrane dynamics-

寻找使用软界面作为功能材料的设计指南-来自囊泡膜动力学-

• 批准号: 19J14000
• 负责人: 福間 早紀
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J14000/
• 关键词: ベシクル; ソフト界面; 膜工学; タンパク質吸着; リン脂質; ポリマー被覆; 界面活性剤; 揺らぎ

本研究では、ベシクルの動的界面が持つ「揺らぎ」を用いた、検出困難な微小量のタンパク質の高感度/選択的検出材料の開発を目的とした。ベシクルとは脂質膜二重層から成る閉鎖系小胞である。今年度、報告者は以下の2項目を検討した。1.膜上/内部での高分子重合によるベシクルへの膜揺らぎ崩壊耐性の付与：ベシクル膜の崩壊耐性の付与手法を①ポリマーによる表面被覆、②膜内部での重合、③膜内水相側からの裏打ち、の観点から検討した。手法①ではポリビニルピロリドン(5wt %)により表面被覆したベシクル膜を用いた。この場合、膜へのタンパク質吸着阻害を起こさず、崩壊耐性を付与できる可能性がみられた。被覆時にベシクルの変形および内封物質の漏出が見られたため、被覆の時期に関する課題が残った。手法②においては、光重合性脂質(23:2 Diyne PC)を混合したベシクルを用いた。その結果、崩壊耐性の付与が困難である事が示唆された。以上の結果より、手法③が今後に期待できる選択肢であると推測される。2.膜揺らぎ崩壊耐性を有したベシクルによるタンパク質吸着特性の評価：ベシクル膜へのタンパク質の吸着機構を複数の手法により検討した。水晶振動子を用いてタンパク質の吸着等温線を検討した結果、膜揺らぎが大きい膜ほど、溶液本体に対して膜内部の疎水部が露出し、結果としてタンパク質吸着量が多くなったと解釈できた。また誘電分散解析による水素結合強度の評価から、膜表面や内部にcreviceやpotholeが生成することが分かった。そして、相互作用が弱い膜ほど、タンパク質の吸着量が多くなることが示唆された。更に、蛍光物質漏出実験からも同様の傾向が見られた。以上の結果から、脂質膜表面や内部に生成したCreviceやpotholeがタンパク質吸着の場に利用されることが示唆された。

这项研究的目的是利用囊泡动态界面的“波动”，开发一种高灵敏度/选择性的检测材料，用于检测难以检测的微量蛋白质。囊泡是由双层脂质膜组成的封闭系统。今年，演讲者考虑了以下两项。 1.通过膜上/膜内的聚合赋予囊泡抗膜波动塌陷性：赋予囊泡膜抗塌陷性的方法包括：(1)用聚合物进行表面涂覆，(2)膜内聚合，以及(3)水相这是从背衬的角度考虑的。方法1使用表面涂覆有聚乙烯吡咯烷酮(5wt%)的囊泡膜。在这种情况下，有可能可以在不抑制蛋白质对膜的吸附的情况下赋予抗塌陷性。由于在涂覆过程中观察到囊泡的变形和包封物质的泄漏，因此涂覆的时间仍然是一个问题。在方法②中，使用与光聚合脂质(23:2 Diyne PC)混合的囊泡。其结果表明，难以赋予耐倒塌性。基于以上结果，假设方法3是未来有希望的选择。 2. 抗膜波动和塌陷的囊泡蛋白质吸附特性评价：我们采用多种方法研究了蛋白质对囊泡膜的吸附机制。使用石英晶体检查蛋白质吸附等温线的结果解释为，膜波动越大，膜内的疏水部分越多地暴露于溶液体，导致蛋白质吸附量越高。另外，通过介电色散分析来评价氢键强度，结果表明在膜表面和内部产生了裂缝和坑洞。还表明膜之间的相互作用越弱，吸附的蛋白质量就越大。此外，在荧光物质泄漏实验中也观察到类似的趋势。上述结果表明，脂质膜上和内部形成的裂缝和坑洞被用作蛋白质吸附的位点。

项目成果

タンパク質の高感度検出を目指した、重合性脂質や高分子によるベシクル膜揺らぎの制御

使用聚合脂质和聚合物控制囊泡膜波动，以实现高灵敏度的蛋白质检测

• 发表时间: 2020
• 作者: Saki Fukuma;Toshinori Shimanouchi;Kazuma Yasuhara and Yukitaka Kimura;福間早紀，島内寿徳，木村幸敬
• 通讯作者: 福間早紀，島内寿徳，木村幸敬

Analysis of partitioning behavior of horseradish peroxidase to phospholipid and surfactant membranes

辣根过氧化物酶对磷脂和表面活性剂膜的分配行为分析

• 发表时间: 2021
• 期刊: Solvent Extraction Research and Development
• 作者: Saki Fukuma;Toshinori Shimanouchi;Kazuma Yasuhara and Yukitaka Kimura
• 通讯作者: Kazuma Yasuhara and Yukitaka Kimura

Effect of Charge and Fluctuation of Vesicle Membranes on the Oligomerization of Aniline

囊泡膜电荷和波动对苯胺齐聚的影响

• 发表时间: 2019
• 作者: Saki Fukuma;Toshinori Shimanouchi;and Yukitaka Kimura
• 通讯作者: and Yukitaka Kimura