生体分子表面・界面の電位分布をナノスケール計測する液中AFMの開拓

开发用于纳米级测量生物分子表面和界面电位分布的液体 AFM

• 批准号: 22K14602
• 负责人: 平田 海斗
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14602/
• 关键词: 原子間力顕微鏡; 液中電位計測; オープンループ電位顕微鏡; 生体分子; 脂質二重層膜; 液中電位分布計測; 表面電位; 電気二重層

本研究では、これまで独自開発を行ってきた原子間力顕微鏡ベースの液中電位計測技術である液中オープンループ電位顕微鏡（OL-EPM）を初めて生体分子の計測へと応用する。それに伴い、生体分子計測時の電位可視化原理・電位値の定量性・探針状態の影響など理解できていない面や解決すべき課題が複数ある。本研究期間の目的では、生体膜の基本構造である脂質二重層膜を基本試料として電位計測を行い、本技術が生体分子計測へと応用可能であることを実験的に示すこと、加えて電位可視化メカニズムを解明することである。本年度では、まずOL-EPM計測を行うための基盤技術の確立を行った。具体的には、支持脂質二重層膜（SLB）を導電性基板上へと展開する手法と柔らかく高周波な超小型カンチレバーの利用プロトコルの開発を行った。それらを用いて有電荷SLBの表面をOL-EPMで電位計測することを試みた。これら開発した基板作製プロトコルにより、DOEPC・DOPGと呼ばれる正・負電荷脂質をそれぞれ導電性基板上へ展開し、超小型カンチレバーを用いてOL-EPM計測を行った。各有電荷脂質の測定結果は、それぞれ基準となる基板よりも電位が高い、低いといった各脂質で異なる電位傾向を示した。得られた結果は、脂質頭部の電荷を強く反映した電位と解釈しているが、その電位可視化原理の解釈や、SLBが絶縁膜であるにも関わらずOL-EPMで電位計測できる理由などについては不明である。これらについては次年度で詳細に探っていく必要がある。

In this study, we developed a new technique for measuring the potential in liquid using atomic force microscopy (OL-EPM). This paper discusses the principle of potential visualization in biological molecular measurement, the quantification of potential value, the influence of probe state, the understanding of potential value, the solution of potential problem and the complexity of potential value. The purpose of this study is to investigate the basic structure of biological membrane, the basic sample of lipid double layer membrane and the application of this technology to biological molecular measurement. This year, OL-EPM measurement was conducted to establish the substrate technology. Specifically, support lipid bilayer film (SLB) is used for the development of high frequency ultra-compact films. The surface of the SLB with electric charge is measured by an OL-EPM potentiometer. For example, in the case of open substrate manufacturing, DOEPC, DOPG, positive and negative charge lipid, the conductive substrate is expanded, and the ultra-small substrate is measured by OL-EPM. The measurement results of each charged lipid show that the potential of the substrate varies from high to low. The result is that the charge on the lipid head is strongly reflected in the potential, and the potential visualization principle is solved. The reason for the SLB insulation film is unknown. This is the first time I've ever seen you.

项目成果

金沢大学福間研究室ホームページ

金泽大学福间实验室主页

液中オープンループ電位顕微鏡を用いた正電荷脂質二重層の表面電位計測

使用水下开环电位显微镜测量带正电荷的脂质双层的表面电位

• 发表时间: 2022
• 作者: 濱崎 大暉;平田 海斗;角野 歩;山本 伸之介;福間 剛士
• 通讯作者: 福間 剛士

Corrosion Mechanism of Aluminum Alloy at Grain Boundaries Investigated by in-Liquid Nanoscale Potential Measurement Technique

液中纳米电位测量技术研究铝合金晶界腐蚀机理

• 发表时间: 2022
• 作者: S.Yamamoto;D. Taniguchi;K. Hirata;T. Ozawa;T. Fukuma
• 通讯作者: T. Fukuma

液中電位分布計測技術を用いた炭素鋼のナノスケールその場解析

利用液体中电位分布测量技术对碳钢进行纳米级原位分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Niko Kimura;Takuma Nomiyama;Toyohiro Naito;Masatoshi Maeki;Manabu Tokeshi;and Noritada Kaji;山本伸之介，水島大地，平田海斗, 福間剛士
• 通讯作者: 山本伸之介，水島大地，平田海斗, 福間剛士

液中局所電位分布計測技術を用いたTi合金表面におけるナノスケールカソード反応解析

利用液体局部电位分布测量技术分析钛合金表面纳米级阴极反应

• 发表时间: 2022
• 作者: 小西沙和;近江純一;谷口大騎;山本伸之介;平田海斗; 水島大地;伊藤元雄;福間剛士
• 通讯作者: 福間剛士