ナノバイオデバイスのための細胞骨格様プラットフォームの構築

田中あや　中島　寛　樫村

晃　住友弘二
機能物質科学研究部

　生体機能を利用したデバイスの開発は、バイオセンシングや創薬など様々な分野での応用が期待されている。我々は、生体分子を用いたナノバイオデバイスの構築を目指し、マイクロホールを有したシリコン基板上に架橋脂質二分子膜を作製し、そこに挿入されたイオンチャネルの機能計測に成功している [1]。しかしながら、架橋脂質二分子膜は機能計測中に崩壊してしまうなど、安定性に問題があった。細胞内では、細胞膜の形態安定化や運動、膜輸送などの機能制御を、細胞質領域の裏打ちタンパク質やそれと相互作用する膜骨格が行っていることが知られている。今回我々は、細胞内の骨格構造と類似した性質を有するハイドロゲルに着目し、これをマイクロホール内へ封入することで、架橋脂質二分子膜の崩壊を防ぎ長期間安定に保持するための支持体とすることに成功したので報告する（図1(a)）[2]。
　実験には、マイクロホール（直径1、2、4、8 µm、深さ1 µm）を備えたシリコン基板を用いた。この基板に緑色蛍光を発するカルセインを含むハイドロゲル前駆体水溶液を滴下し、その直後に、赤色蛍光色素のローダミンを含む巨大脂質ベシクルを基板上に展開した。前駆体をゲル化した後に、マイクロホール外の過剰なハイドロゲルを除去した。
　マイクロホール基板の蛍光顕微鏡観察結果を図1(b)と(c)に示す。脂質二分子膜に含まれる赤色の蛍光とハイドロゲル内の緑色の蛍光が同一のマイクロホール上で観察された。同じ場所を原子間力顕微鏡(AFM)で観察したところ、マイクロホール内にハイドロゲルが充填していることを確認した（図1(d)）。また、ハイドロゲルに支持された脂質二分子膜の赤色蛍光は、基板上で2週間以上観察された。以上の結果から、架橋脂質二分子膜を利用することでハイドロゲルをマクロホール内に封入することができ、ハイドロゲルが支持体として働くことによって脂質二分子膜が長期間安定に保持できることが示された。
　ハイドロゲルは構成物の化学的組成をコントロールすることで、様々な機能を付与することができる。そのため、マイクロホール内のハイドロゲルを機能化することにより、人工細胞骨格構造の構築、脂質二分子膜やイオンチャネルの機能制御など、デバイスの機能化が期待できる。


図1 　ハイドロゲルによって支持された脂質二分子膜。(a)ハイドロゲル封入マイクロホールの模式図。 (b)脂質膜の蛍光像。(c)脂質膜とハイドロゲルの蛍光像の重ね合せ。(d)AFMによる形状像。