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IBS、グラフェンのポケットを利用し高分子の動きを観察

医療その他の産業に寄与する見込み


IBS(基礎科学研究院、キム・ドゥチョル院長)は先端軟性物質研究団のSteve Granick団長(UNIST自然科学部特勳教授)研究チームが非常に薄く透明なグラフェンのポケットを作り有機高分子の動きを観察することに成功したと9月20日に発表した。透過電子顕微鏡(TEM)による別途の作業なしでリアルタイムに観察できたのはこれが初の事例となる。

高分子は生体内で信号物質とDNA、タンパク質を成す核心要素だが、どのように動くかは明らかになっていなかった。生体と似た液体の環境で高分子を高倍率で観察するには電子顕微鏡を使用する必要があるが、内部の高い真空状態により液体が蒸発してしまうため。

グラフェンは鉛筆の芯に使用される黒鉛の一つの層で、非常に薄く透明だが強い強度をもつ。

研究チームはグラフェンのポケット二つで高分子が入った液体層をサンドイッチのように挟んだ液体グラフェンセル(liquid graphene cell)法を用いた。グラフェンポケット方式は電子顕微鏡の中でも蒸発せず、強力な電子ビームによる損傷も少ない。非常に薄く透明で内部まで観察できる。

これまでの液体グラフェンセル方式は着色のための別途の作業が必要だった。高分子内の単量体がよく見えるように染色分子や金属イオンを試料と結合させる過程を伴った。しかし着色方式は対象となる高分子の性質に影響を及ぼすという短所があった。

研究チームは8ヶ月にわたる実験の末、着色の作業なしでも安定的に高分子を見ることのできるグラフェンポケットの製造方式を考案した。まず透過電子顕微鏡に試料を置く部分に3~5層のグラフェン一枚をのせる。その上に試料の高分子が入った液体をまいて2層のグラフェンをかぶせると、グラフェン同士が強力に結合して液体を中に固定させる。

透過電子顕微鏡は置かれたグラフェンのポケットは透明であるためリアルタイムの観察が可能。透過電子顕微鏡は電子を上から照射して下で電子感知器が像を読む原理で作動する。グラフェンのポケットが透明であるためそのまま内部にある高分子の動きを観察することができる。プロジェクターで画面をスクリーンに映すとスクリーンの裏からでも画面を見ることができるのと同じ原理。

このような方式で研究チームはグラフェンポケットの方法で高分子の構造的な再配列とグラフェンとの吸着脱着の過程、これまでに知られている高分子のジャンプ現象を高解像度イメージで観察した。

論文第1著者のHima Nagamanasa Kandula研究委員は「本研究の成果により高分子がどのような運動をするのかを比較的生体と類似した環境で見ることが可能になった」と話している。高分子はタンパク質と酵素、DNAを形成するだけでなくプラスチックをはじめとする産業に広範囲に利用されるだけに、今回の高分子作動原理に関する研究は医療その他の産業に寄与するものと見られる。

研究結果は『Advanced Materials』電子版に9月19日付で掲載された。





[2017-09-26]

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