脂質分子をキャリアとしたＤＮＡ被覆ナノ粒子の２次元結晶化および構造制御

以脂质分子为载体的DNA包覆纳米粒子的二维结晶和结构控制

• 批准号: 15J11113
• 负责人: 磯貝 卓巳
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J11113/
• 关键词: 脂質二重膜; ナノ粒子; DNA; 2次元結晶化; 構造制御; 相転移; セルフアセンブリ

我々はDNAを被覆したナノ粒子(DNA被覆ナノ粒子)を脂質二重膜内の脂質分子によって拡散させ、DNAによってナノ粒子同士を結合させることでナノ粒子の2次元結晶を作製する手法を開発した。本研究では、我々の考案した手法を用いて様々な構造を持つナノ粒子の2次元結晶を作製することを目的としている。そこで、ナノ粒子に被覆されているDNAの塩基配列を変化させ、塩基配列と結晶構造の関係を調査した。さらに、脂質二重膜の相転移が膜上のDNA被覆ナノ粒子に及ぼす影響を調べた。2次元結晶の構造制御に関しては、これまでにマグネシウムイオンの濃度を変化させることでDNA被覆ナノ粒子の2次元結晶の粒子間距離が減少し、また周期構造も変化することを明らかにした。さらに、ナノ粒子に被覆するDNAの塩基配列と結晶構造の関係を調べたところ、DNAの塩基数を増加させることで2次元結晶の粒子間距離を増加させることに成功した。よって、マグネシウムイオン濃度とDNAの塩基配列の2つのパラメータによって2次元結晶の構造を精密に制御できることが示唆された。また、脂質二重膜の相転移が膜上のDNA被覆ナノ粒子に及ぼす影響を調べたところ、カチオン性の脂質DDABから成る脂質二重膜が相転移によってゲル相と指組みゲル相を形成し、DNA被覆ナノ粒子が指組みゲル相に優先的に分配されることがわかった。DNA被覆ナノ粒子の有無による脂質二重膜の相転移の違いを調べたところ、DNA被覆ナノ粒子が膜に吸着した方が指組みゲル相の割合が増加していた。これは、DNA被覆ナノ粒子によって、膜内の指組みゲル相の形成が促進されたことを意味する。この原因は、DNA被覆ナノ粒子と吸着した脂質分子が指組みゲル相になりやすいためだと考えられる。そのため、脂質二重膜の指組みゲル相の形成位置や大きさによって、2次元結晶の形成位置やサイズを制御できる可能性が示された。

I 々 は DNA を coating し た ナ ノ particles (DNA coating ナ ノ particles) を の lipid molecules in a double membrane lipid に よ っ て company, scattered さ せ, DNA に よ っ て ナ ノ particles with "を さ せ る こ と で ナ ノ の 2 dimensional crystal particles を cropping す る gimmick を open 発 し た. This study で は, I 々 の test case し た gimmick を with い て others 々 な tectonic を hold つ ナ ノ の 2 dimensional crystal particles を cropping す る こ と を purpose と し て い る. そ こ で, ナ ノ に coating particles さ れ て い る DNA の salt base with column を variations change さ せ, salt base と crystal structure with column の を masato department investigation し た. Youdaoplaceholder0, the <s:1> phase of the lipid double membrane 転 shifts the <s:1> dnA-coated ナノ particles に on the が membrane and ぼす affect the を regulation べた. 2 dimensional crystallization の tectonic suppression に masato し て は, こ れ ま で に マ グ ネ シ ウ ム イ オ ン を の concentration variations change さ せ る こ と で DNA coating ナ ノ の 2 dimensional crystallization の particles が reduce the distance between し, ま た も cycle structure - the す る こ と を Ming ら か に し た. さ ら に, ナ ノ に coating particles す る DNA の salt base と crystal structure with column の masato is を adjustable べ た と こ ろ, DNA の を raised add salt base さ せ る こ と で 2 dimensional crystallization の を raised and the distance between particles さ せ る こ と に successful し た. よ っ て, マ グ ネ シ ウ ム イ オ ン concentration と DNA の salt base with column 2 つ の の パ ラ メ ー タ に よ っ て 2 dimensional crystallization の tectonic を precision に suppression で き る こ と が in stopping さ れ た. ま た planning, lipid double membrane の phase shift が membrane covering の DNA ナ ノ particle に and ぼ す influence を adjustable べ た と こ ろ, カ チ オ ン sex の lipid DDAB か ら が phase planning to move into る lipid double membrane に よ っ て ゲ と ル phase refers to the set of み ゲ を ル phase formation し, DNA coating ナ ノ particle が refers to the set of み ゲ ル phase に priority に allocation さ れ る こ と が わ か っ た. DNA coating ナ の ノ particles have に よ る の lipid double membrane phase planning move の violations い を adjustable べ た と こ ろ, DNA coating ナ ノ particle が membrane に sorption し た party が means group み ゲ ル phase の cut close が raised し requirement by て い た. The formation of された れ れ, DNA-coated ナノ particles によって, and intramembrane <s:1> finger group みゲ とを phase <e:1> が promotes された とを とを meaning する. は こ の reasons, DNA coating ナ ノ particle と sorption し た lipid molecules が refers to the set of み ゲ ル phase に な り や す い た め だ と exam え ら れ る. そ の た め, lipid double membrane の refers to the set of み ゲ の ル phase formation location や big き さ に よ っ て, 2 dimensional crystallization の formation location や サ イ ズ を suppression で き が る possibility in さ れ た.

项目成果

Controlling two-dimensional structure of DNA-linked Au nanoparticle lattices on supported lipid bilayer

控制支持脂质双层上 DNA 连接的金纳米颗粒晶格的二维结构

• 发表时间: 2016
• 作者: Takumi Isogai;Eri Akada;Sakiko Nakada;Naoya Yoshida;Ryugo Tero;Shunta Harada;Toru Ujihara;Miho Tagawa;磯貝卓巳;Takumi Isogai
• 通讯作者: Takumi Isogai

Phase transition process in DDAB supported lipid bilayer

DDAB 支持的脂质双层中的相变过程

• DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.09.063
• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: Takumi Isogai;Sakiko Nakada;Naoya Yoshida;Ryugo Tero;Shunta Harada;Toru Ujihara;Miho Tagawa
• 通讯作者: Miho Tagawa

脂質二重膜上におけるDNA修飾ナノ粒子2次元結晶の構造制御

脂质双层膜上 DNA 修饰纳米粒子二维晶体的结构控制

• 发表时间: 2016
• 作者: Takumi Isogai;Eri Akada;Sakiko Nakada;Naoya Yoshida;Ryugo Tero;Shunta Harada;Toru Ujihara;Miho Tagawa;磯貝卓巳
• 通讯作者: 磯貝卓巳

Effect of magnesium ion concentration on two-dimensional structure of DNA-functionalized nanoparticles on supported lipid bilayer

• DOI: 10.7567/jjap.55.03df11
• 发表时间: 2016-03-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 1.5
• 作者: Isogai, Takumi;Akada, Eri;Tagawa, Miho
• 通讯作者: Tagawa, Miho

DDAB平面脂質二重膜の相転移過程の直接観察

直接观察DDAB平面脂质双层的相变过程

• 发表时间: 2016
• 作者: Takahiro Kaji;Katsuyuki Kasai;Yoshihiro Haruyama;Toshiki Yamada;Shin-ichiro Inoue;Yukihiro Tominari;Rieko Ueda;Toshifumi Terui;Shukichi Tanaka;Akira Otomo;磯貝卓巳，中田咲子，赤田英里，吉田直矢，鷲見隼人，手老龍吾，原田俊太，宇治原徹，田川美穂
• 通讯作者: 磯貝卓巳，中田咲子，赤田英里，吉田直矢，鷲見隼人，手老龍吾，原田俊太，宇治原徹，田川美穂