人工膜とナノ空間を用いた1分子診断技術の開発

利用人工膜和纳米空间的单分子诊断技术的开发

基本信息

批准号：
22K18948
负责人：
森垣憲一
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18948/
关键词：
疾患マーカー人工膜ナノ空間 1分子計測

项目摘要

本研究は、生体膜を模倣した人工膜と、厚さが数十ナノメートルのナノ空間を組み合わせて疾患関連生体分子（疾患マーカー）を1分子計測する技術を開発する。そのために2022年度は、パターン化人工膜とナノ空間の作製技術、パターン化人工膜への抗体の固定化技術を開発した。パターン化人工膜は、光重合性リン脂質を光リソグラフィー技術でパターン化重合したポリマー脂質膜に、生体由来の脂質膜（生体脂質膜）を組み込んで作製した。一方、ナノ空間は、ポリマー脂質膜と高分子エラストマー（PDMS）を厚さが均一な接着層（高分子被覆シリカ微粒子）により接着することで作製した。平均粒径100 nmのシリカ微粒子表面に、2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC)と2-aminoethyl methacrylate (AEMA)からなる鎖長の均一な高分子ブラシを原子移動ラジカル重合法で形成した。この高分子被覆シリカ微粒子を接着層としてポリマー脂質膜とPDMSとを接着して厚さが100 nm程度のナノ空間を形成した。ナノ空間の形成は、脂質膜に結合した標的分子の側方拡散による選択的輸送により評価した。パターン化人工膜への抗体の固定化技術は、抗体分子を酵素反応および還元反応によって分解することで抗原認識部位 (Fab’)を取り出し、Fab’に含まれるシステイン基にマレイミド基を介してDibenzylcyclooctyne (DOCO)基を結合した。そして、生体脂質膜内に予め5mol%導入したアジド基含有脂質にFab’-DBCOを選択的に結合させることで、生体脂質膜に高効率で抗原認識部位を結合した。Fab’は脂質膜において2次元拡散することができた。今後、抗原認識部位を提示した生体脂質膜表面において疾患マーカーのサンドイッチ検出を行いナノ空間における高感度な検出を目指す。

这项研究将开发一种通过将模仿生物膜的人工膜与厚度为数十纳米的纳米空间相结合来测量与疾病相关的生物分子（疾病标记物）的单分子的技术。为此，在2022财年，我们开发了创建图案化人工膜和纳米空间的技术，以及将抗体固定在图案化人工膜上的技术。图案化人工膜是通过将生物来源的脂质膜（生物脂质膜）掺入通过使用光刻技术对光聚合磷脂进行图案化和聚合而获得的聚合物脂质膜而制成的。另一方面，纳米空间是通过使用厚度均匀的粘合层（聚合物涂覆的二氧化硅颗粒）粘合聚合物脂质膜和聚合物弹性体（PDMS）而形成的。通过原子转移自由基聚合在平均粒径为100 nm的二氧化硅颗粒表面形成由2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱（MPC）和甲基丙烯酸2-氨基乙酯（AEMA）组成的链长均匀的聚合物刷。使用这些聚合物涂覆的二氧化硅颗粒作为粘合层，将聚合物-脂质膜和PDMS粘合在一起，形成厚度约100 nm的纳米空间。通过横向扩散选择性运输与脂质膜结合的目标分子来评估纳米空间的形成。将抗体固定在图案化人工膜上的技术包括通过酶促和还原反应分解抗体分子以提取抗原识别位点（Fab'），并通过马来酰亚胺基团（DOCO）将二苄基环辛炔连接到Fab'中包含的半胱氨酸基团上。）组已附。通过将Fab'-DBCO选择性地结合到预先以5mol％引入到生物脂质膜中的含叠氮基的脂质上，抗原识别位点被高效地结合到生物脂质膜上。 Fab'能够在脂质膜中二维扩散。未来，我们的目标是在呈现抗原识别位点的生物脂膜表面进行疾病标志物的夹心检测，并实现纳米空间的高灵敏度检测。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Micropatterned model membrane platform for physicochemical and functional analysis of membrane proteins

用于膜蛋白理化和功能分析的微图案模型膜平台

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuka Kusunoki;Daisuke Takagi;Seiji Akimoto;Sophie A. Meredith;Ashley M. Hancock;Stephen D. Evans;Peter G. Adams;Kenichi Morigaki;Daisuke Takagi;高木大輔;森垣憲一;森垣憲一
通讯作者：
森垣憲一

エクソソーム膜結合分子の解析方法

外泌体膜结合分子的分析方法

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Substrate-supported photosynthetic model thylakoid membrane

基质支持的光合模型类囊体膜

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuka Kusunoki;Daisuke Takagi;Seiji Akimoto;Sophie A. Meredith;Ashley M. Hancock;Stephen D. Evans;Peter G. Adams;Kenichi Morigaki
通讯作者：
Kenichi Morigaki

固体基板表面におけるパターン化人工生体膜の創成

在固体基质表面上创建图案化的人工生物膜

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuka Kusunoki;Daisuke Takagi;Seiji Akimoto;Sophie A. Meredith;Ashley M. Hancock;Stephen D. Evans;Peter G. Adams;Kenichi Morigaki;Daisuke Takagi;高木大輔;森垣憲一
通讯作者：
森垣憲一

Retarded diffusion and confinement of membrane-bound molecules in a patterned hybrid membrane of phospholipid bilayers and monolayers

磷脂双层和单层图案化杂化膜中膜结合分子的延迟扩散和限制

DOI：
10.1021/acs.jpcb.2c06053
发表时间：
2023
期刊：
J. Phys. Chem. B
影响因子：
3.3
作者：
Tanimoto;Y.;Yoshimura;Y.;Hayashi;F.;Morigaki;K.
通讯作者：
K.

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森垣憲一其他文献

Topology Optimization for Porous Structure Considering Unsteady-state Heat Conduction and Transfer

考虑非稳态热传导和传递的多孔结构拓扑优化

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
金重先人;藤井雅史;林文夫;森垣憲一;山下隼人;粟津暁紀;Sululthanasorn Naruethep,Hiroya Hoshiba,Mao Kurumatani,Junji Kato and Kenjiro Terada
通讯作者：
Sululthanasorn Naruethep,Hiroya Hoshiba,Mao Kurumatani,Junji Kato and Kenjiro Terada