共同研究報告書提出

共同研究報告書

研究区分	一般研究
研究課題	液液界面でのチューリングパターンの形成
新規・継続の別	継続（R06年度から）
研究代表者／所属	日本原子力研究開発機構
研究代表者／職名	研究主幹
研究代表者／氏名	青柳登

研究分担者／氏名／所属／職名
	氏　　名	所　　属	職　　名
1	岡村浩之	日本原子力研究開発機構	研究副主幹
2	佐崎元	北大低温研

研究目的	本研究では、二成分流体界面で進行する分子自己組織化構造の相転移ダイナミクスを低温環境で観察し、膜分子と物理条件が生み出すパターン形成機構を解明することを目的とする。特にDPPCに代表される脂質分子が水—クロロホルム界面で示す自己集合過程をレーザー共焦点微分干渉顕微鏡（LCM-DIM）により観察し、R6年度に見出した反応拡散パターンから球状構造への転移過程を詳細に解析する。さらに、界面形状を安定化するセル設計と温度勾配制御を導入することで観測再現性を高め、チューリング型パターン発生条件とリポソーム形成に至る秩序相生成機構を明らかにする。

研究内容・成果	本研究では、リン脂質の水-クロロホルム界面におけるダイナミクスを観察し、その構造と界面ダイナミクスを詳細に記録した。LCM-DICは、視線方向（鉛直方向）の物質の反射率の差（コントラスト）に鋭敏な手法で、分子スケールの厚み変化の動的観測に優れた顕微技術であり、これによって界面におけるリン脂質の拡散反応挙動をリアルタイムで捉えることができる。実験方法（前年度の手法の継続）　水とクロロホルムの液液界面を均一（水平方向又は鉛直方向）にする目的で、形状の異なる数種類の石英試料セルを作製した。その中から、①蒸気の水滴をクロロホルム上部からアトマイズする方法、②接触界面の下に凸状になるメニスカス形状が安定した試料セル（界面は水平方向）、③鉛直方向に界面が安定した試料セルの結果を比較した。　試料のリン脂質（DPPC）をクロロホルムに溶かして10wt％溶液とし、5〜8℃で熱平衡となっている試料に、水相と接触させることで水-クロロホルム界面を形成した。試料温度を8℃から37℃まで、約5℃/min.で昇温し、界面近傍に現れる構造をLCM-DIMを用いて観察した。今回の条件で得られる空間分解能は、1.4 μm四方の視野で、鉛直方向にナノメートルオーダー（時間分解能は3.2 s）。観測を行いながら、反射率の高くなる深さ方向を適宜最適化し、温度上昇に伴って見られるリン脂質分子の集合体の挙動を追跡した。観察結果 ① アトマイズ法の結果、クロロホルム表面上に、水の薄膜を形成する様子が確認できた。膜厚は数十ナノメートルと見積もられ、均一な像であった。しかし、この方法では、DPPCの集団挙動は明確ではなかった。（温度上昇に伴うラメラ構造への発展は見られなかった。） ② クロロホルム層（DPPCが溶解）を下部、水槽を上部とするメニスカス界面近傍を観察した結果、リン脂質分子は、界面より若干(1-5μm前後)離れた高さで活発な側方拡散を示した。拡散係数は、温度によって変化し、膜の流動性を反映していることが示唆された。一方で、LCM-DIM観察に適した水—クロロホルム界面の幾何条件を実現するため、界面の法線が水平方向（界面が鉛直方向）となる特注マイクロ流路デバイスの開発を進めたが、設計及び加工上の課題によりR7年度内の完成には至らず、同年度中のLCM-DIM測定は実施できなかった。今後はデバイス設計の改良を進め、界面形状および温度場の精密制御を実現することで、チューリング型パターンの発生条件とリポソーム形成へ至る相転移機構の解明を目指す。

成果となる論文・学会発表等