Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

Membrane protein / Surfactant / Bioorthogonal reaction / Gelation / 3D gel / 膜蛋白質 / ゲル / 膜蛋白質可溶化試薬 / Huisgen環化反応 / ３Dプリンター / 可溶化試薬 / 生体直行反応 / ナノ構造化

膜蛋白質を、機能を失わせることなくゲル媒体中に固定化できる新規の技術開発として、化学反応性の膜蛋白質可溶化試薬の開発と、これを用いた膜蛋白質固定化３次元構造化ゲルの構築を検討した。化学反応性の膜蛋白質可溶化試薬には、以前に我々が開発したDKDKC12Kをベースに、アルキン基を１つあるいは２つ持つAlk-DKDKC12K、Bis-Alk-DKDKC12Kを開発した。上記アルキン化可溶化試薬で膜蛋白質を可溶化したままBisアジド誘導体で付加環化反応で架橋することで、膜蛋白質の変性を抑えたゲル化、さらに３Dプリンタと組み合わせることで３次元構造化した膜蛋白質ゲルの構築に成功した。

高分子物性 / ゲル / ゴム弾性 / 理想網目 / 不均一性 / ゲル化 / 中性子散乱 / 小角中性子散乱 / Tetra-PEG / 理想ポリマーネットワーク / イオンゲル / 動的光散乱 / フェノール樹脂 / トポロジカル欠陥 / テトラペグゲル / 古典ゴム弾性論 / 動的粘弾性 / モジュールカップリング法 / 古典ゴム弾生論

モジュールビルディング法により得られる高度に制御された網目構造を持つ"理想的"ポリマーネットワークを主たる対象とし、ゴム弾性論や高分子物理学の本質に関わる基本的事項について、特に構造と物性の相関の観点から研究を行った。研究手段には、小角中性子散乱(SANS)をはじめとし、動的光散乱(DLS)、小角X線散乱(SAXS)、力学試験、レオロジー、膨潤・収縮実験、示差熱分析(DSC)、赤外分光など、多くの構造解析、分析手段、さらには計算機シミュレーションも動員し、理想的ポリマーネットワークTetra-PEGゲルをはじめ、天然ゴムやフェノール樹脂、紐状ミセルなど、さまざまな架橋系高分子の構造と物性の関連について総合的な解明をおこなった。その結果、理想ポリマーネットワークおよびその対照高分子系に対し、網目構造を分子次元で徹底的に解明するとともに、弾性率、破断強度、破断伸び、ヒステリシス挙動、膨潤度などの巨視的物理量との対応づけを行った。その結果、当初の目的としていた、応用まで視野に入れた精密高分子網目の科学を創成することができた。

高分子ゲル / 体積相転移 / 動的光散乱 / ゲル化 / ゲルの物性 / 微小電位測定 / ゲル / 電解質高分子 / イオン性ゲル / 電位分布 / pH分布

体積相転移のメカニズムに関する研究:ゲルの体積相転移に対する従来の現象論を批判的に検討し、2つのゲル相の間の相転移であるという考えが誤りである事を指摘した。従来の考えと異なり、収縮相はゲルではなくて析出網目であるという新しい相転移モデルを提案した。Poly-N-isopropylacrylamideゲルの収縮相の動的光散乱測定および弾性測定を初めて実行し、新たに提案されたモデルを支持する結果を得た。
イオン性ゲルのメソ相形成に関する研究:イオンを含むゲルにおける電荷分離を伴うメソ相形成を光散乱によって初めて検出した。メソ相周期は光の波長よりも遙かに小さいので、これまで光散乱では検出出来ないと考えられていたが、本実験により緩和時間に顕著な以上が見出された。
体積相転移点近傍とスピノーダル点近傍における弾性率および弾性緩和測定:電子天秤と微動電動ステージを用いた弾性率測定装置を開発した。この装置は特に、ゴム状物質やゲルの機械的測定に適し、静的弾性率のほか、応力一定の弾性緩和、ひずみ一定の弾性緩和を共に高精度で測定できる。この装置を用いて、体積相転移を起こして収縮相に入ったゲルの弾性率と弾性緩和を初めて測定し、またスピノーダル分解に伴う弾性以上の存在を初めて見出した。
生体多糖ゲルと合成ゲルとの構造的相違の研究:生体ゲルであるゼラチンおよびκ-carrageenanと合成ゲルであるイオン性アクリルアミド系ゲルとの動的光散乱測定を行い、両者の動的挙動の相違を、解析検討し、両者の架橋構造の相違に対する知見を得た。

【研究連携者】
川上惠典	大阪市立大学	複合先端研究機構	特任准教授	(Kakenデータベース)
野地智康	大阪市立大学	複合先端研究機構	特任准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
酒井崇匡	東京大学	工学系研究科	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
岡嶋孝治	東京工業大学	大学院・生命理工学研究科	助手	(Kakenデータベース)