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。

在这项研究中，我们将使用基于原子力显微镜（我们内部开发的原子力显微镜）的首次开放环电位显微镜（OL-EPM）来测量生物分子。结果，我们无法理解几个问题，例如测量生物分子，定量潜在值以及探针状态等的效果时的潜在可视化原理，并且需要解决一些问题。该研究期间的目的是使用脂质双层膜（生物膜的基本结构）作为基本样本来测量电势，并在实验上证明该技术可以应用于生物分子测量，并阐明了潜在可视化的机制。今年，我们首先建立了用于执行Office-EPM测量的基本技术。具体而言，我们开发了一种将支撑脂质双层膜（SLB）部署到导电底物上的方法，以及一种使用软且高频超高紧凑型悬臂的协议。使用这些，我们尝试使用OL-EPM测量带电SLB表面的电势。使用这些开发的底物制造方案，在导电基板上部署了称为DOEPC和DOPG的阳性和负电荷的脂质，并使用超紧凑型悬臂进行了OL-EPM测量。每种带电脂质的测量结果显示每种脂质的潜在趋势不同，例如具有比参考基板更高或更低的电位。所获得的结果被解释为强烈反映脂质头中电荷的潜力，但是尚不清楚是否解释了潜在可视化原理，以及为什么尽管SLB是绝缘膜，但仍可以使用OL-EPM测量电势。这些将需要在下一个财政年度进行详细探讨。

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

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

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

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