強相関ソフトマテリアルの単分子解析を目指したナノレオロジー原子間力顕微鏡の構築

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本研究では研究代表者が開発した「ナノレオロジー原子間力顕微鏡(AFM)」にさらなる発展的改良を加え、「強相関ソフトマテリアル」研究の一助とすることを目的とした。ナノレオロジーAFMとは、タンパク質などの単一高分子鎖を基板と探針の間に挟み込み、伸長の過程でサブナノニュートンレベルの微小な力を検出しようとする通常のAFM動作を拡張し、広帯域の任意波形を入力とし、単一高分子鎖の粘弾性的性質を明らかにしようとするものである。これまでの研究においては、低周波数(0.01? 100Hz)領域で興味深い現象、例えば単一タンパク質の「フォールンデイング・アンフォールディング」の解析、単一合成高分子の「バネ定数」の見積もりなどの例で成功を収めている。またサーキュラーパーミュテーション法と呼ばれる遺伝工学的手法で改変した緑色蛍光タンパク質のミュータントにこの方法を応用し、世界で初めてこのタンパク質をアンフォールドすることにも成功した。さらにこの装置を「分子内の非共有結合性結合の強度・反応速度」を決定付けるための装置として特化すべく、周波数帯域を高周波側に拡張することも試みた。そこでは機械的タッピングモードを元にした、探針の共振周波数近傍(10kHz程度)での加振を単一高分子鎖に摂動として加え、高分子鎖の動的粘弾性を確認することに成功した。以上の展開により、本研究で開発したナノレオロジーAFMは0.01Hzから10kHzという非常に広いダイナミックレンジで単一高分子鎖の様々な緩和モードを測定する方法を提供することができるようになった。なおその結果については複数の国際、国内会議で発表を行った。論文も後述のリストに加え、後2件ほど投稿中である。