複雑流体中における生体1分子の動的機能計測と、そのマイクロフローシステムへの応用

蛋白質やDNA等の生体分子は、生体中の構造物やその他の生体分子との結合・乖離を繰り返しながら輸送される。また、こうした周囲の媒質との相互作用のもとで生体分子はその形状、形態をダイナミックに変化させ、1分子レベルの少数で高度な機能を発揮している。このように周囲の媒質の影響を強く受けた生体分子の性質や機能発現のメカニズムを解明するためには、生体1分子の性質を計測するとともに、その周囲の複雑流体の局所的な環境(粘弾性)をも調べる必要がある。従来よりレーザートラップされた粒子の熱運動から揺動散逸定理により局所粘弾性(の虚部)を求める方法は存在し、passive microrheologyと呼ばれる。それに対して研究者は、プローブ粒子を外場により積極的に励振することで、局所粘弾性を位相情報を含む複素量として計測する手法を併用している(active microrheology)。具体的にはAOD(acousto-optic deflector)を使用してトラップレーザーを高速制御することでプローブ粒子を駆動し、その振幅、位相から局所粘弾性を複素量として広い周波数域(0.01Hz-100kHz)で計測した。平衡系においてはactiveおよびpassive microrheologyは同じ結果を与える。それに対して生体をはじめとする非平衡系の局所粘弾性は、モーター蛋白の働きやアクチンの重合脱重合といった動的現象の影響を受ける。これら動的現象は非熱的な応力揺らぎを生成するだけでなく、みかけの局所粘弾性を変化させることで同じ応力揺らぎに対するプローブ粒子の応答も変化させる。従ってactiveおよびpassive法を併用することが、生体様の非平衡系の局所物性の本質理解に繋がる。本年度は、モーター蛋白を含む生体高分子溶液を用い、passive法によるデータを収集した。

蛋白質やDNA等の生体分子は、生体中の構造物やその他の生体分子との結合・乖離を繰り返しながら輸送される。また、こうした周囲の媒質との相互作用のもとで生体分子はその形状、形態をダイナミックに変化させ、1分子レベルの少数で高度な機能を発揮している。このように周囲の媒質の影響を強く受けた生体分子の性質や機能発現のメカニズムを解明するためには、生体1分子の性質を計測するとともに、その周囲の複雑流体の局所的な環境(粘弾性)をも調べる必要がある。従来よりレーザートラップされた粒子の熱運動から揺動散逸定理により局所粘弾性(の虚部)を求める方法は存在し、passive microrheologyと呼ばれる。それに対して研究者は、プローブ粒子を外場により積極的に励振することで、局所粘弾性を位相情報を含む複素量として計測する手法を併用している(active microrheology)。具体的にはAOD(acousto-optic deflector)を使用してトラップレーザーを高速制御することでプローブ粒子を駆動し、その振幅、位相から局所粘弾性を複素量として広い周波数域(0.01Hz-100kHz)で計測した。平衡系においてはactiveおよびpassive microrheologyは同じ結果を与える。それに対して生体をはじめとする非平衡系の局所粘弾性は、モーター蛋白の働きやアクチンの重合脱重合といった動的現象の影響を受ける。これら動的現象は非熱的な応力揺らぎを生成するだけでなく、みかけの局所粘弾性を変化させることで同じ応力揺らぎに対するプローブ粒子の応答も変化させる。従ってactiveおよびpassive法を併用することが、生体様の非平衡系の局所物性の本質理解に繋がる。本年度は、モーター蛋白を含む生体高分子溶液を用い、passive法によるデータを収集した。