強相関ソフトマテリアルの単分子解析を目指したナノレオロジー原子間力顕微鏡の構築

构建用于强相关软材料单分子分析的纳米流变原子力显微镜

基本信息

批准号：
14045269
负责人：
中嶋健
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology (2003)The Institute of Physical and Chemical Research (2002)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では研究代表者が開発した「ナノレオロジー原子間力顕微鏡(AFM)」にさらなる発展的改良を加え、「強相関ソフトマテリアル」研究の一助とすることを目的とした。ナノレオロジーAFMとは、タンパク質などの単一高分子鎖を基板と探針の間に挟み込み、伸長の過程でサブナノニュートンレベルの微小な力を検出しようとする通常のAFM動作を拡張し、広帯域の任意波形を入力とし、単一高分子鎖の粘弾性的性質を明らかにしようとするものである。これまでの研究においては、低周波数(0.01? 100Hz)領域で興味深い現象、例えば単一タンパク質の「フォールンデイング・アンフォールディング」の解析、単一合成高分子の「バネ定数」の見積もりなどの例で成功を収めている。またサーキュラーパーミュテーション法と呼ばれる遺伝工学的手法で改変した緑色蛍光タンパク質のミュータントにこの方法を応用し、世界で初めてこのタンパク質をアンフォールドすることにも成功した。さらにこの装置を「分子内の非共有結合性結合の強度・反応速度」を決定付けるための装置として特化すべく、周波数帯域を高周波側に拡張することも試みた。そこでは機械的タッピングモードを元にした、探針の共振周波数近傍(10kHz程度)での加振を単一高分子鎖に摂動として加え、高分子鎖の動的粘弾性を確認することに成功した。以上の展開により、本研究で開発したナノレオロジーAFMは0.01Hzから10kHzという非常に広いダイナミックレンジで単一高分子鎖の様々な緩和モードを測定する方法を提供することができるようになった。なおその結果については複数の国際、国内会議で発表を行った。論文も後述のリストに加え、後2件ほど投稿中である。

这项研究旨在进一步改善主要研究者开发的“纳米流变原子力显微镜（AFM）”，并协助研究“密切相关的软材料”。纳米元素AFM是一种扩展正常的AFM操作的方法，在该方法中，单个聚合物链（例如蛋白质）夹在底物和探针之间，其中在延伸过程中检测到Sub-Nanonewton水平的小力量，并在延伸过程中检测到宽带任意波形作为输入以揭示单个polimer链的粘弹性性能的输入。先前的研究在低频（0.01-100Hz）范围内取得了成功，例如对单蛋白的“下降”分析，以及估计单个合成聚合物的“春季常数”。该方法还应用于绿色荧光蛋白的突变体，该突变体已使用称为圆形排列方法的基因工程技术进行了修改，并能够在世界上首次展开该蛋白质。此外，为了将该设备专门作为确定分子内非共价键的强度和反应速率的设备，我们还试图将频带扩展到高频侧。在那里，基于机械敲击模式，将探针的共振频率附近的激发（约10 kHz）用于单个聚合物链的扰动，并成功证实了聚合物链的动态粘弹性。随着上述开发，本研究中开发的纳米流行病学AFM现在可以提供一种在非常宽的动态范围内测量单个聚合物链的各种弛豫模式的方法。结果是在几次国际和国内会议上提出的。除了下面的列表外，目前正在提交大约另外两篇论文。