生体分子モータを用いた集積型分子分離システムの構築

使用生物分子马达构建集成分子分离系统

• 批准号: 13J01305
• 负责人: 中原 佐
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J01305/
• 关键词: キネシン; 微小管; microTAS; MEMS; MicroTAS; モータタンパク質

本研究は，微細加工技術を用いて作製した微小流体デバイスと生体分子モータであるキネシン-微小管の運動系を一つのチップ上に集積化し，効率的な分子操作・分離システムを構築することを目的としている．本研究で提案するシステムの有効性が実証できれば，将来は分子スケールを対象とする医化学分野への応用が期待できる．上記の研究目的に基づき，本年度は，迅速な分子輸送を実現する上で不可欠な微小管運動の速度制御について，金薄膜と励起光を用いた方法を提案した．本研究は，温度依存的な微小管運動の速度を金薄膜への励起光照射によって生じる温度変化を用いて制御した．提案する方法が温度変化による制御方法であることを実証するために，ガラス基板上に金薄膜をパターニングし，励起光のスポット径よりも小さい温度センサを作製することで，局所的な温度変化を計測した．顕微鏡下で励起光を金領域に照射した場合の温度変化は最大約10℃であり，微小管運動の速度は，初期速度に比べて約1.8倍に増加することがわかった．一方，ガラス領域に同じ条件で励起光を照射した場合，微小管の速度はほとんど変化しなかった．これは，励起光に対する金とガラスの吸光度の違いによるためだと考えられる．提案する方法とヒーターを用いた方法の温度変化に対する速度変化を計測し，それぞれの計測結果に対して求めた回帰直線の傾きを有意水準5%でt検定を行った結果，有意差はみられなかった．このことから，提案する方法は，温度に依存した速度制御であると言える．また，提案する方法は，励起光強度の切り替えによって連続的に微小管の速度を制御することが可能であり，高い制御性があることを示した．

本研究旨在将采用微加工技术制造的微流控装置和驱动蛋白-微管运动系统（即生物分子马达）集成在单个芯片上，以构建高效的分子操纵和分离系统。如果本研究提出的系统的有效性能够得到证实，则有望在未来应用于分子尺度的药物化学领域。基于上述研究目标，今年我们提出了一种利用金薄膜和激发光来控制微管运动速度的方法，这对于实现快速分子运输至关重要。在这项研究中，利用金薄膜上激发光照射引起的温度变化来控制微管运动的温度依赖性速度。为了证明所提出的方法是一种利用温度变化的控制方法，我们在玻璃基板上刻画了金薄膜，并创建了一个小于激发光光斑直径的温度传感器，从而控制了局部温度变化，并对其进行了测量。 。当在显微镜下用激发光照射金区域时，最大温度变化约为10°C，并且发现微管运动的速度与初始速度相比增加了约1.8倍。另一方面，当在相同条件下用激发光照射玻璃区域时，微管的速度几乎没有变化。这被认为是由于金和玻璃对激发光的吸光度不同造成的。我们测量了所提出的方法和使用加热器的方法之间相对于温度变化的速度变化，并对每个测量结果获得的回归线的斜率进行了t检验，显着性水平为5%，并且没有显着性没有发现差异。由此可以说，所提出的方法是与温度相关的速度控制。此外，该方法表明可以通过切换激发光强度来连续控制微管的速度，并且具有较高的可控性。

项目成果

In situ velocity control of gliding microtubules with temperature monitoring by fluorescence excitation on a patterned gold thin film

通过图案化金薄膜上的荧光激发进行温度监测的滑动微管的原位速度控制

• DOI: 10.1088/2053-1591/1/4/045405
• 发表时间: 2014
• 影响因子: 2.3
• 作者: Tasuku Nakahara; Junya Ikuta; Hirofumi Shintaku; Hidetoshi Kotera; Ryuji Yokokawa
• 通讯作者: Ryuji Yokokawa

Fabrication of a Perfusable Glass Microfluidic Channel for Microtubule Manipulation using an Electric Field

使用电场制造用于微管操纵的可灌注玻璃微流体通道

• DOI: 10.1541/ieejsmas.134.64
• 发表时间: 2014
• 作者: Tasuku Nakahara; Naoto Isozaki ; Suguru Ando; Nagendra Kuma r Kamisetty; Hirofumi Shintaku; Hidetoshi Kotera; Ryuji Yokokawa
• 通讯作者: Ryuji Yokokawa

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