生体機能類似膜の作製とオプティカルセンサーへの応用

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生体膜は物質の認識と情報変換を担う場であり,化学センサー開発の観点からも興味深い機能性膜である。これまで脂質二分子膜に基づく電気化学センサーに関する研究を行ってきたが,物質の認識を電気シグナルに変換する故に,電気的なノイズを受け易い事等感度及び正確さの点での問題点が明らかになった。もしオプティカルに情報変換をしうるならば上述の問題点は解決され,また吸光・蛍光・スペクトル等の情報が同時に得られる新規な化学センサーになりうる。そこで本研究では,生体機能類似膜の作製とオプティカルなセンシングとの組み合わせが可能なのか,物質の認識をオプティカルに情報変換をしうるのか等,新しいタイプの化学センサー開発の為の基礎的な知見を得ることを目的として検討を行った。生体機能類似膜としては,生体膜と同様に脂質二分子膜構造をとる1枚膜リポソームを用いて実験を行った。リポソームは,卵黄ホスファチジルコリン,コレステロール,そしてバリノマイシン等のイオノフォアとカルボシアニン系膜電位感受性色素等の蛍光プローブを混合した状態より作製した。このリポソームが分析目的イオン(カリウムイオン)に対してオプティカルな応答をするかどうかを検討した結果,分析目的イオン濃度の増加に従い蛍光強度が減少することが示された。また,分析目的イオン以外にはほとんど応答せず,イオノフォアが有する選択性の発現も確認された。従って,脂質二分子膜中のイオノフォアと分析目的イオンとの選択的な錯形成によって生起した膜電位を,膜中に包埋された蛍光プローブによってオプティカルに情報変換しうることが明らかになった。この現象はビスクラウンエーテル等の他のイオノフォアやメロシアニン等の他の蛍光プローブを包埋したりリポソームでも得られた事より,生体機能類似膜に基づくオプティカルセンサーの可能性が確認できた。