JP5633842B2 - Method for selective arrangement of metal nanoparticles - Google Patents
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本技術は、ナノスケールで様々な形状をもつナノ粒子を、無機材料基板などに位置選択的に固定することを目的とする手法に関するものである。更に、本手法に用いるタンパク質および、本手法によって作製されるプラズモン素子に関する。 The present technology relates to a technique aiming to selectively fix nanoparticles having various shapes on a nanoscale to an inorganic material substrate or the like. Furthermore, it is related with the protein used for this method, and the plasmon element produced by this method.
近年、半導体を中心とするエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、メカトロニクス、医療など様々な分野においてナノスケール材料の必要性がますます高まっている。特に、半導体エレクトロニクスにおいては、素子の微細化によって、高機能、高性能、低消費電力化などが実現されてきた。このような進歩に対し、従来の微細加工（トップダウン）技術は、技術障壁や経済障壁に阻まれ、大きな困難に遭遇している。一方、自己組織化機能を有するナノスケール材料を利用するボトムアップ手法は、微細加工技術が直面する課題の有力な解決策として注目されている。 In recent years, there is an increasing need for nanoscale materials in various fields such as electronics, optoelectronics, mechatronics, and medicine centering on semiconductors. In particular, in semiconductor electronics, high functionality, high performance, and low power consumption have been realized by miniaturization of elements. In response to these advances, the conventional microfabrication (top-down) technology is faced with great difficulties because it is hindered by technical and economic barriers. On the other hand, a bottom-up method using a nanoscale material having a self-organizing function is attracting attention as an effective solution to the problems faced by microfabrication technology.
ナノスケールの材料、例えば半導体ナノ粒子や金属ナノ粒子は、その量子効果によって、用いられる素子に新たな機能をもたらしてきた。ここでナノスケールの材料とは、数nmから数百nmの範囲の大きさの材料をいう。例えば、ナノ粒子をもちいたフローティングゲートメモリは、用いない場合の構造に対し、信頼性が向上することはよく知られている。従って、シリコンナノ粒子や金属ナノ粒子を用いたフローティングメモリ（不揮発性メモリ）は、次世代のメモリとして有望と見られている。このようなメモリの報告例として、非特許文献１および非特許文献２などが挙げられる。ナノ粒子を形成する方法は、これまで、化学的な方法、物理的な方法など数多くの提案がなされている。 Nanoscale materials such as semiconductor nanoparticles and metal nanoparticles have brought new functions to the devices used due to their quantum effects. Here, the nanoscale material refers to a material having a size in the range of several nm to several hundred nm. For example, it is well known that the reliability of a floating gate memory using nanoparticles is improved with respect to the structure when not used. Therefore, a floating memory (nonvolatile memory) using silicon nanoparticles or metal nanoparticles is considered promising as a next-generation memory. Examples of such memory reports include Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2. Many proposals have been made on methods for forming nanoparticles, including chemical methods and physical methods.
また、ナノスケール材料の他の応用事例として、金属のナノ粒子を用いたプラズモン素子がある。金属表面には、ある波長の光に対し、プラズモン効果（プラズマ振動現象）によって光との共鳴現象によって光を狭い領域に閉じ込めることが可能でなる。また、ラマン分光を行うことにより、表面状態の変化を敏感に検知することが可能となり、センサ応用が期待されている。その金属ナノ粒子の形状をナノドットやナノロッドにすることにより、感度が飛躍的に増強するために、大きな関心が寄せられている。 Another application example of the nanoscale material is a plasmon element using metal nanoparticles. On the metal surface, light with a certain wavelength can be confined in a narrow region by a resonance phenomenon with light due to a plasmon effect (plasma oscillation phenomenon). Further, by performing Raman spectroscopy, it becomes possible to detect changes in the surface state sensitively, and sensor applications are expected. Since the sensitivity of the metal nanoparticles is dramatically increased by making the shape of the metal nanoparticles into nanodots or nanorods, there is great interest.
特許文献1には、フェリチンの選択的配置方法として、複数の無機材料からなる基板上に、フェリチンと界面活性剤を用いてフェリチンを基板上の所定箇所に選択的に配置する方法が提案されている。その配置方法は、フェリチンのＮ末端を所定の極性電荷アミノ基で修飾することによりフェリチンの化学的特性を変化させ、基板上の無機材料に対する吸着力をコントロールするものである。 Patent Document 1 proposes a method for selectively arranging ferritin at a predetermined position on a substrate using a ferritin and a surfactant on a substrate made of a plurality of inorganic materials as a method for selectively arranging ferritin. Yes. In the arrangement method, the N-terminal of ferritin is modified with a predetermined polar charge amino group to change the chemical properties of ferritin and to control the adsorptive power to the inorganic material on the substrate.
特許文献２には、基質ペプチドと分散媒に相溶する部位からなる有機物を吸着した金ナノロッドおよび当該金ナノロッドの特定部位への集積方法が提案されている。その集積方法は、金ナノロッドを修飾している有機物の分解を利用したものであり、酵素によって基質ペプチドが分解され、分散媒へ相溶する部位が金ナノロッドから脱離して、金ナノロッドが凝集し、特定酵素が存在する部位へ集積するものである。 Patent Document 2 proposes a gold nanorod that adsorbs an organic substance composed of a part that is compatible with a substrate peptide and a dispersion medium, and a method for accumulating the gold nanorod at a specific part. The accumulation method is based on the decomposition of organic substances that modify the gold nanorods. The substrate peptide is decomposed by the enzyme, the site compatible with the dispersion medium is detached from the gold nanorods, and the gold nanorods aggregate. , It accumulates at the site where the specific enzyme exists.
ナノスケール材料を活用するためにナノ粒子を形成する方法は、これまで化学的な方法、物理的な方法など種々の提案がなされている。しかし、ナノ粒子は形成できても、それを必要な場所に配置する方法については、決定的な方法が確立されていないという問題がある。半導体基板上に素子を作製する場合、いうまでもなく素子以外の箇所には、ナノ粒子は必要ではなく、必要でない箇所に存在するナノ粒子は却って、他の機能の低下を招くことになる。従って、必要な部分にのみ選択的に配置する方法が非常に強く望まれてきた。また、プラズモン素子をセンサへ応用する際にも、金属のナノ粒子を基板上に密度を制御しながら選択的に配置する方法はなく、問題となっている。 Various proposals have been made for methods for forming nanoparticles in order to utilize nanoscale materials, including chemical methods and physical methods. However, even though nanoparticles can be formed, there is a problem that a definitive method has not been established for a method of arranging the nanoparticles where necessary. When a device is manufactured on a semiconductor substrate, it is needless to say that a nanoparticle is not necessary in a portion other than the device, and a nanoparticle present in a portion that is not necessary causes a decrease in other functions. Therefore, there has been a strong demand for a method of selectively arranging only necessary portions. In addition, when applying a plasmon element to a sensor, there is no method for selectively arranging metal nanoparticles on a substrate while controlling the density, which is problematic.
特許文献１の配置方法において、フェリチンが内包する金属は、フェリチンがその性質固有に内包可能な金属に限られるため、フェリチンに内包させて基板上に配置する金属を自由に選択することができないという問題がある。 In the arrangement method of Patent Document 1, the metal that ferritin encapsulates is limited to the metal that ferritin can inherently contain, so that it is not possible to freely select the metal encapsulated in ferritin and disposed on the substrate. There's a problem.
特許文献２の集積方法は、酵素の存在する箇所へ金ナノロッドを集積させるものであって、金属ナノ粒子が凝集してしまうため所定部位への整列配置が達成できないという問題がある。 The accumulation method of Patent Document 2 accumulates gold nanorods at a site where an enzyme exists, and has a problem that the alignment arrangement at a predetermined site cannot be achieved because metal nanoparticles aggregate.
本発明は、タンパク質の２つの末端が、異なる無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾された無機材料結合性タンパク質を用いた金属ナノ粒子の選択的配置方法を提供するものである。その方法は、少なくとも、基板上に配置される金属ナノ粒子、基板上に存在する無機材料、および金属ナノ粒子と基板上に存在する無機材料を結合可能な無機材料結合性タンパク質を用いる。この無機材料結合性タンパク質は、タンパク質の一方の末端が無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾され、他方の末端が一方の末端を修飾するものとは異なる無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾されている。そして、そのいずれか一方の無機材料結合性ペプチドユニットは金属ナノ粒子に結合するものである。 The present invention provides a method for selectively arranging metal nanoparticles using an inorganic material-binding protein in which two ends of the protein are modified by different inorganic material-binding peptide units. The method uses at least metal nanoparticles disposed on the substrate, an inorganic material present on the substrate, and an inorganic material binding protein capable of binding the metal nanoparticles to the inorganic material present on the substrate. In this inorganic material-binding protein, one end of the protein is modified with an inorganic material-binding peptide unit, and the other end is modified with an inorganic material-binding peptide unit different from the one that modifies one end. One of the inorganic material-binding peptide units binds to the metal nanoparticles.
本発明の選択的配置方法は、（１）金属ナノ粒子と、無機材料結合性タンパク質とを、タンパク質を修飾する一方の無機材料結合性ペプチドユニットを介して結合する工程、（２）基板上に存在する無機材料と、工程（１）によって形成したタンパク質結合金属ナノ粒子とを、金属ナノ粒子に結合していないほうの無機材料結合性ペプチドユニットを介して結合する工程、の少なくとも二つの工程を含む。 The selective arrangement method of the present invention includes (1) a step of bonding metal nanoparticles and an inorganic material-binding protein via one inorganic material-binding peptide unit that modifies the protein, and (2) on the substrate. At least two steps of binding the existing inorganic material and the protein-bound metal nanoparticles formed in step (1) via the inorganic material-binding peptide unit that is not bound to the metal nanoparticles. Including.
更に、本発明の選択的配置方法においては、用いるタンパク質を、内部中空を有する多量体タンパク質を形成するタンパク質（単量体）としてもよい。この場合、タンパク質（単量体）によって形成される多量体タンパク質の内部中空側に位置する末端が第１無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾され、多量体タンパク質の外側に位置する末端が第２無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾された無機材料結合性タンパク質を用いる。 Furthermore, in the selective arrangement method of the present invention, the protein to be used may be a protein (monomer) that forms a multimeric protein having an internal hollow. In this case, the terminal located on the inner hollow side of the multimeric protein formed by the protein (monomer) is modified by the first inorganic material-binding peptide unit, and the terminal located outside the multimeric protein is the second inorganic. An inorganic material binding protein modified with a material binding peptide unit is used.
配置方法は少なくとも、（１）金属ナノ粒子と、複数の無機材料結合性タンパク質とが第１無機材料結合性ペプチドユニットを介して結合する工程と、（２）複数の無機材料結合性タンパク質が金属ナノ粒子を内包する工程と、（３）工程（１）および工程（２）によって形成した無機材料結合性タンパク質に内包された金属ナノ粒子を、第２無機材料結合性ペプチドユニットを介して基板上に存在する第２無機材料に結合する工程とを含む。なお、工程（１）および工程（２）は、順次進行してもよく、また同時に進行してもよい。 The arrangement method includes at least (1) a step in which metal nanoparticles and a plurality of inorganic material-binding proteins are bonded via a first inorganic material-binding peptide unit, and (2) a plurality of inorganic material-binding proteins are metal. (3) encapsulating the metal nanoparticles encapsulated in the inorganic material-binding protein formed by the steps (1) and (2) on the substrate via the second inorganic material-binding peptide unit. Bonding to the second inorganic material present in the substrate. In addition, a process (1) and a process (2) may advance sequentially, and may advance simultaneously.
本発明の無機材料結合性タンパク質を用いて、基板上に金属ナノ粒子の選択的配置を行うことで、基板上の無機材料表面に、無機材料結合性タンパク質を介して、金属ナノ粒子を配置したプラズモン素子を作製することができる。
By using the inorganic material binding protein of the present invention to selectively arrange metal nanoparticles on the substrate, the metal nanoparticles are arranged on the surface of the inorganic material on the substrate via the inorganic material binding protein. A plasmon element can be manufactured.
本発明の金属ナノ粒子の選択的配置方法は、金属ナノ粒子を、基板上に存在する無機材料上に選択的に配置することができるため、基板上におけるナノ粒子を用いた素子作成の位置制御を高精度に行うことができる。また、本発明の無機材料結合性タンパク質によれば、所望の金属を、本発明の方法に適用することができるので、半導体素子、プラズモン素子をはじめ、種々の金属ナノ粒子を用いた高性能デバイスの作製を行うことができる。 According to the selective arrangement method of the metal nanoparticles of the present invention, the metal nanoparticles can be selectively arranged on the inorganic material present on the substrate, so that the position control of the device creation using the nanoparticles on the substrate is possible. Can be performed with high accuracy. In addition, according to the inorganic material binding protein of the present invention, since a desired metal can be applied to the method of the present invention, a high performance device using various metal nanoparticles such as a semiconductor element and a plasmon element. Can be made.
本発明の金属ナノ粒子は、無機材料結合性タンパク質を介して基板上に配置される。その金属ナノ粒子の大きさは、最長部分が数nmから数百nmの範囲の大きさであればよく、特にプラズモン素子に用いる場合には、平均粒径が10nmから100nmの範囲であることが望ましい。金属ナノ粒子の形状は、特に限られるものではなく、球状のような対称形状、円柱状、直方体状、ロッド状、リング状などの非対称形状が挙げられる。金属ナノ粒子は、無機材料結合性ペプチドユニットにより結合可能な金属元素であればいずれでもよいが、特に、Ａｕとした場合は、高感度のプラズモン素子などへ適用することができる。 The metal nanoparticles of the present invention are disposed on a substrate via an inorganic material binding protein. The size of the metal nanoparticles may be the longest part in the range of several nanometers to several hundreds of nanometers, and particularly when used for a plasmon element, the average particle diameter may be in the range of 10 nm to 100 nm. desirable. The shape of the metal nanoparticles is not particularly limited, and examples thereof include a spherical symmetric shape, a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a rod shape, and a ring shape. The metal nanoparticles may be any metal element that can be bound by the inorganic material-binding peptide unit. In particular, when Au is used, it can be applied to a highly sensitive plasmon element.
本発明の金属ナノ粒子が配置される基板は、材質はいずれでもよいが、無機材料結合性タンパク質によって結合される無機材料が表面に存在する必要がある。基板上の無機材料は、基板材料そのものであってもよく、基板材料とは異なる無機材料を基板上に形成したものであってもよい。基板上への無機材料の形成方法は特に限られるものではない。基板上の無機材料は、無機材料結合性ぺプチドユニットにより結合可能な無機材料元素であればいずれでもよく、Ｔｉ、ＳｉまたはＡｇなどが好ましい。 The substrate on which the metal nanoparticles of the present invention are disposed may be any material, but an inorganic material to be bound by the inorganic material binding protein needs to be present on the surface. The inorganic material on the substrate may be the substrate material itself or an inorganic material different from the substrate material formed on the substrate. The method for forming the inorganic material on the substrate is not particularly limited. The inorganic material on the substrate may be any inorganic material element that can be bound by the inorganic material binding peptide unit, and Ti, Si, Ag, or the like is preferable.
本発明の無機材料結合性タンパク質は、タンパク質の末端が異なる無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾されている。無機材料結合性ペプチドユニットによる修飾は、タンパク質の末端に無機材料結合性ペプチドユニットが直接結合していてもよく、またリンカーを介して結合していてもよい。リンカーは特に限定されず、その種類や鎖長はタンパク質と金属結合性ペプチドユニットの特性に合わせて適宜選択することができる。更には、無機材料結合性ペプチドユニットが修飾する部位は、タンパク質の最末端に限られず、末端付近の官能基を修飾してもよい。 The inorganic material-binding protein of the present invention is modified with inorganic material-binding peptide units having different protein ends. In the modification with the inorganic material-binding peptide unit, the inorganic material-binding peptide unit may be directly bonded to the end of the protein, or may be bonded via a linker. The linker is not particularly limited, and the type and chain length can be appropriately selected according to the characteristics of the protein and the metal-binding peptide unit. Furthermore, the site | part which an inorganic material binding peptide unit modifies is not restricted to the outermost terminal of protein, You may modify the functional group near the terminal.
本発明の無機材料結合性タンパク質を修飾する無機材料結合性ペプチドユニットは、タンパク質の一方の末端（第１末端）と他方の末端（第２末端）とを修飾する。一方の末端を修飾する無機材料結合性ペプチドユニットと他方の末端を修飾する無機材料結合性ペプチドユニットは、異なる無機材料を認識する金属結合性ペプチドユニットである必要がある。また、一方の末端を修飾する無機材料結合性ペプチドユニットは、本発明の方法により選択配置する金属ナノ粒子を結合する性質を有し、他方の末端を修飾する無機材料結合性ペプチドユニットは基板上の無機材料と結合する性質を有することが必要である。金属ナノ粒子に無機材料結合性ペプチドユニットを介して、複数の無機材料結合性タンパク質が結合し、金属ナノ粒子の表面を覆うことで、金属ナノ粒子は、無機材料結合性タンパク質によって内包された状態となる。 The inorganic material-binding peptide unit for modifying the inorganic material-binding protein of the present invention modifies one end (first end) and the other end (second end) of the protein. The inorganic material-binding peptide unit that modifies one end and the inorganic material-binding peptide unit that modifies the other end must be metal-binding peptide units that recognize different inorganic materials. In addition, the inorganic material-binding peptide unit that modifies one end has the property of binding metal nanoparticles selectively arranged by the method of the present invention, and the inorganic material-binding peptide unit that modifies the other end is on the substrate. It is necessary to have a property of binding to the inorganic material. A plurality of inorganic material-binding proteins are bound to the metal nanoparticles via the inorganic material-binding peptide unit, and the metal nanoparticles are encapsulated by the inorganic material-binding protein by covering the surface of the metal nanoparticles. It becomes.
本発明の内部中空を有する多量体タンパク質として、フェリチンに代表される球状タンパク質が挙げられる。フェリチンは、１本のポリペプチド鎖から形成されるモノマーサブユニットが非共有結合により２４個集合した分子量約４６万の球状タンパク質である。このような多量体タンパク質への無機材料結合性ペプチドユニットの修飾は、多量体タンパク質の内部中空に面するＣ末端に本発明の選択的配列の対象である金属ナノ粒子に結合する無機材料結合性ペプチドユニットにより修飾し、多量体タンパク質の外側に面するＮ末端に本発明の選択的配列を行う基板上の無機材料に結合する無機材料結合性ペプチドユニットにより修飾することが好ましい。これにより、タンパク質（単量体）が多量体タンパク質を構成するための結合と、金属ナノ粒子に結合する無機材料結合性ペプチドユニットの結合との両方の作用によって、タンパク質による金属ナノ粒子の内包が達成される。 Examples of the multimeric protein having an internal hollow according to the present invention include globular proteins represented by ferritin. Ferritin is a globular protein having a molecular weight of about 460,000 in which 24 monomer subunits formed from one polypeptide chain are assembled by non-covalent bonds. Such modification of the inorganic material-binding peptide unit to the multimeric protein is such that the C-terminal facing the inner hollow of the multimeric protein binds to the metal nanoparticle that is the target of the selective arrangement of the present invention. It is preferable that the peptide is modified with a peptide unit and modified with an inorganic material-binding peptide unit that binds to an inorganic material on a substrate that performs the selective sequence of the present invention at the N-terminus facing the outside of the multimeric protein. As a result, the inclusion of the metal nanoparticles by the protein due to the action of both the binding for the protein (monomer) to constitute the multimeric protein and the binding of the inorganic material-binding peptide unit binding to the metal nanoparticle. Achieved.
なお、前記内部中空を有する多量体タンパク質を構成するタンパク質(単量体)を無機材料結合性ペプチドユニットで修飾するに当たり、前記の修飾とは逆に、Ｎ末端を選択的配列の対象である金属ナノ粒子に結合する無機材料結合性ペプチドユニットにより修飾し、Ｃ末端を基板上の無機材料に結合する無機材料結合性ペプチドユニットにより修飾してもよい。この場合、金属ナノ粒子と無機材料結合性ペプチドユニットとの結合の作用によって、タンパク質による金属ナノ粒子の内包が達成される。 In addition, in modifying the protein (monomer) constituting the multimeric protein having an internal hollow with an inorganic material-binding peptide unit, the metal whose N-terminal is the target of selective arrangement, contrary to the above modification It may be modified with an inorganic material-binding peptide unit that binds to nanoparticles, and may be modified with an inorganic material-binding peptide unit that bonds the C-terminal to an inorganic material on the substrate. In this case, the inclusion of the metal nanoparticles by the protein is achieved by the action of the bond between the metal nanoparticles and the inorganic material-binding peptide unit.
１または複数の無機材料結合性タンパク質が結合した金属ナノ粒子は、無機材料が存在する基板上に接することで、金属ナノ粒子に結合していない無機材料結合性ペプチドユニットを介して、基板上の無機材料に結合することによって、基板上に配置される。基板上に存在する無機材料の量、位置を制御することで、金属ナノ粒子の配置を制御することができる。更には、無機材料結合性タンパク質が結合した金属ナノ粒子が基板表面に接する際に、基板上の無機材料を認識する任意の無機材料結合性タンパク質を同時に存在させることでも、金属ナノ粒子の配置密度を制御することができる。 The metal nanoparticle to which one or more inorganic material-binding proteins are bound is brought into contact with the substrate on which the inorganic material is present, thereby passing through the inorganic material-binding peptide unit not bound to the metal nanoparticle on the substrate. By bonding to an inorganic material, it is placed on the substrate. The arrangement of the metal nanoparticles can be controlled by controlling the amount and position of the inorganic material present on the substrate. Furthermore, when the metal nanoparticles to which the inorganic material-binding protein is bound contact the substrate surface, any inorganic material-binding protein that recognizes the inorganic material on the substrate can be present at the same time, so that the arrangement density of the metal nanoparticles can be increased. Can be controlled.
本発明のプラズモン素子は、前記無機材料結合性タンパク質を用いて、基板上に存在する無機材料と、無機材料結合性タンパク質とを、無機材料結合性ペプチドユニットを介して結合し、更に、その無機材料結合性タンパク質と、金属ナノ粒子とを、無機材料結合性タンパク質の他方の無機材料結合性ペプチドユニットを介して、結合することによって作製される、基板上に金属ナノ粒子が配列したプラズモン素子である。無機材料結合性タンパク質は、プラズモン素子として利用するために、基板上に存在していてもよいが、存在していなくてもよい。プラズモン素子上の無機材料結合性タンパク質を除去する方法は、特に限定されないが、ＵＶオゾン処理、熱処理、薬剤処理などによって除去することができる。 The plasmon element of the present invention uses the inorganic material-binding protein to bind an inorganic material present on a substrate and an inorganic material-binding protein via an inorganic material-binding peptide unit, and further, the inorganic material-binding protein. A plasmon element in which metal nanoparticles are arrayed on a substrate, which is produced by bonding material-binding protein and metal nanoparticles via the other inorganic material-binding peptide unit of inorganic material-binding protein. is there. The inorganic material-binding protein may be present on the substrate in order to be used as a plasmon element, but may not be present. The method for removing the inorganic material binding protein on the plasmon element is not particularly limited, but it can be removed by UV ozone treatment, heat treatment, chemical treatment or the like.
本発明の無機材料結合性ペプチドユニットの選定については、近年、特定の無機材料を認識するペプチドアプタマーを見つける方法が提案され、現在では非常に多くの種類のペプチドが報告されている。ここで、複数のアミノ酸が組み合わされてできたものをペプチドという。特にファージディスプレイを使って、短時間で効率的に見つける手法は進化分子工学とよばれ、盛んに研究されている。このような無機材料を認識するペプチドをタンパク質に修飾することで、タンパク質全体を無機材料に固定化することが可能となる。本発明では、特に、複数の種類の異なるペプチドをタンパク質の異なる位置に修飾することにより、ある特定の無機材料を内包しながら、他の無機材料に固定することが可能となる。 Regarding the selection of the inorganic material-binding peptide unit of the present invention, a method for finding a peptide aptamer that recognizes a specific inorganic material has recently been proposed, and many types of peptides have been reported at present. Here, a combination of a plurality of amino acids is called a peptide. In particular, a method for efficiently finding phages using phage display in a short time is called evolutionary molecular engineering, and has been actively studied. By modifying a peptide that recognizes such an inorganic material into a protein, the entire protein can be immobilized on the inorganic material. In the present invention, in particular, by modifying a plurality of different types of peptides at different positions in the protein, it becomes possible to immobilize them on other inorganic materials while enclosing a specific inorganic material.
本発明にかかる実施例１を説明する。ここでは、２４量体のモノマーからなるフェリチンと呼ばれるタンパク質を用いた。このタンパク質は、溶液のｐＨによって、分解と結合が起こる性質を持っている。酸性では、分解が起こり、アルカリ性では結合が起こる。フェリチンの単量体のＣ末端に金を認識するペプチドを結合して修飾し、Ｎ末端にチタンを認識するペプチドを結合して修飾したものを用いることにより、金のナノ粒子を半導体基板上のチタンに吸着することを試みた。 Example 1 according to the present invention will be described. Here, a protein called ferritin composed of a 24-mer monomer was used. This protein has the property of degrading and binding depending on the pH of the solution. Degradation occurs when acidic, and bonding occurs when alkaline. By using a peptide that is modified by binding a peptide that recognizes gold to the C-terminus of the ferritin monomer and that that binds a peptide that recognizes titanium to the N-terminus, gold nanoparticles on the semiconductor substrate are used. Attempts to adsorb to titanium.
第１図に示すように、前記修飾済みのフェリチンを酸性溶液の中で、サブユニットモノマーに分解し、溶液中に金のナノドットを加える。これにより、前記修飾済みのフェリチンモノマーのＣ末端に結合した金認識ペプチドの作用によってフェリチンモノマーは溶液中の金ナノドットを結合する。その後、溶液のｐＨをアルカリ性に変化させることによって、金を認識するペプチドの作用によって、金のナノドットを内包したタンパク質の多量体に変化する。一方のＮ末端に修飾したチタンを認識するペプチドによって、そのタンパク質の外側には、チタンを認識する機能を有している。従って、この金のナノドットを内包したフェリチンタンパク質（多量体）溶液を半導体基板上にパターニングされたチタンに塗布することで、選択的に配置が可能となる。タンパク質はＵＶオゾン処理や酸素雰囲気中の熱処理によって除去することができ、半導体基板上に金のナノ粒子を固定することが可能となる。 As shown in FIG. 1, the modified ferritin is decomposed into subunit monomers in an acidic solution, and gold nanodots are added to the solution. Thus, the ferritin monomer binds the gold nanodot in the solution by the action of the gold recognition peptide bound to the C-terminus of the modified ferritin monomer. Thereafter, by changing the pH of the solution to alkaline, the protein is recognized as a multimer of proteins encapsulating gold nanodots by the action of a peptide that recognizes gold. A peptide that recognizes titanium modified at one N-terminal has a function of recognizing titanium outside the protein. Accordingly, the ferritin protein (multimer) solution encapsulating the gold nanodots is applied to titanium patterned on the semiconductor substrate, thereby enabling selective arrangement. Proteins can be removed by UV ozone treatment or heat treatment in an oxygen atmosphere, and gold nanoparticles can be immobilized on a semiconductor substrate.
この発明を実証するために行った実験について順を追って説明する。第２図に示すように、金ナノ粒子を内包・デリバリ（配置）するため、無機材料結合性ペプチドユニットにより修飾した２種類のフェリチン変異体を作製した。一つは、フェリチンの内側にあるＣ末端に金結合ペプチド（以下「GBP）という。）を挿入したもので（以下「FG」という。）、もう一つは、Ｃ末端にGBPを挿入した上、さらに外側にあるＮ末端にシリコンに結合能力を持つチタン結合ペプチド（以下「TBP」という。）を挿入したもの（以下「TFG」という。）である。フェリチンモノマーのＮ末端八残基削除したFer8を親プラスミドとして、このように、遺伝子改変フェリチン発現プラスミドを作製し、大腸菌Noba-blueで大量発現させた。 Experiments conducted to demonstrate the present invention will be described step by step. As shown in FIG. 2, two types of ferritin mutants modified with an inorganic material-binding peptide unit were prepared in order to encapsulate and deliver gold nanoparticles. One has a gold-binding peptide (hereinafter referred to as “GBP”) inserted into the C-terminus inside ferritin (hereinafter referred to as “FG”), and the other has GBP inserted into the C-terminus. Further, a titanium-binding peptide (hereinafter referred to as “TBP”) having a binding ability to silicon is inserted (hereinafter referred to as “TFG”) into the N-terminal on the outer side. Using Fer8 from which the N-terminal eight residues of the ferritin monomer were deleted as a parent plasmid, a genetically modified ferritin expression plasmid was prepared in this way and expressed in large quantities in E. coli Noba-blue.
大量発現したタンパク質を熱処理、インイオン交換カラム、ゲルろ過にて精製した。第３図に示すようにその精製度は、SDS-PAGE（ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動）にて確認した。さらに、MS-TOF（飛行時間型質量分析装置）にて測定したところ、FGやTFGの分子量は、予想値とほぼ一致した。なお、FGの分子量は20808.4、TFGの分子量は21662.4である。よって、目的タンパク質FGとTFGは、作製できたと考えられる。FGとTFGのTEM観察結果を第４図に示す。FGとTFGは、フェリチンに特徴的な球状構造をとり、 挿入したGBPとTBPは、立体構造に影響しないことが確認される。 Proteins expressed in large quantities were purified by heat treatment, in-ion exchange column, and gel filtration. As shown in FIG. 3, the degree of purification was confirmed by SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis). Furthermore, when measured by MS-TOF (time-of-flight mass spectrometer), the molecular weights of FG and TFG almost coincided with the expected values. The molecular weight of FG is 20808.4, and the molecular weight of TFG is 21662.4. Therefore, it is considered that the target proteins FG and TFG could be prepared. The TEM observation results of FG and TFG are shown in FIG. FG and TFG have a globular structure characteristic of ferritin, and it is confirmed that the inserted GBP and TBP do not affect the three-dimensional structure.
次に、FGとTFGのｐＨ調整による構造変化をHPLC（高速液体クロマトグラフィー）にて調べた結果を第５図に示す。実線は、タンパク質溶液のｐＨが８の場合の溶出カーブを示す。点線は、タンパク質溶液のｐＨが２の場合の溶出カーブを示す。Fer8と同様に、FGもTFGもｐＨを８から２に下げると、分解が起こり、サブユニットダイマーとなり、HPLCでは遅れて溶出される。ここでは示していないが、三者とも分解した後、もう一度ｐＨを８付近に調整すると、サブユニットモノマーが２４量体のフェリチンを再構成することを確認した。 Next, FIG. 5 shows the result of examining the structural change by pH adjustment of FG and TFG by HPLC (high performance liquid chromatography). The solid line shows the elution curve when the pH of the protein solution is 8. The dotted line shows the elution curve when the pH of the protein solution is 2. Similar to Fer8, FG and TFG both degrade when pH is lowered from 8 to 2, resulting in subunit dimers and eluting late in HPLC. Although not shown here, it was confirmed that the subunit monomer reconstituted 24-mer ferritin when the pH was adjusted again to around 8 after the decomposition of all three.
次に、各フェリチンを用いて金ナノ粒子（以下「GNPs」という。）の内包を行った。Fer8、FG、TFG含有溶液のｐＨを２に調整し、分解した後、予めｐＨを８．５に調整してあった金ナノ粒子溶液と混合し、各フェリチンの再構成させるとともに、金ナノ粒子を内包させた。１２時間反応した混合液をショ糖密度勾配遠心した。第６図で示したように、溶液の下層には、赤色のタンパク質にコートされた金ナノ粒子が観察された。各サンプルをTEMで観察した結果を第７図に示す。ただの金ナノ粒子と比べ、Fer8で内包を行う場合、金ナノ粒子の周りに、薄く白い層が観察されている。それに比べ、FGまたはTFGの場合、金ナノ粒子の周りに、完全な白いタンパク質層ができ、タンパク質に効率よく内包されているのが確認される。 Next, each ferritin was used to encapsulate gold nanoparticles (hereinafter referred to as “GNPs”). After adjusting the pH of Fer8, FG and TFG containing solution to 2 and decomposing it, it is mixed with the gold nanoparticle solution whose pH has been adjusted to 8.5 in advance to reconstitute each ferritin, and gold nanoparticles Was included. The mixed solution reacted for 12 hours was subjected to sucrose density gradient centrifugation. As shown in FIG. 6, gold nanoparticles coated with red protein were observed in the lower layer of the solution. The result of observing each sample with TEM is shown in FIG. A thin white layer is observed around the gold nanoparticles when they are encapsulated with Fer8 compared to just gold nanoparticles. In contrast, in the case of FG or TFG, a complete white protein layer is formed around the gold nanoparticles, and it is confirmed that the protein is efficiently encapsulated in the protein.
溶液中の金ナノ粒子の濃度とタンパク質濃度を測定算出し、一つの金ナノ粒子につき、いくつのフェリチンサブユニットモノマーが結合しているのを計算した結果を第８図に示す。その結果 fer8、FG、TFGはそれぞれ、６、３２、３１となった。Fer8より、変異体フェリチンの方は、明らかに金ナノ粒子へ結合力が強く、その変化は、Ｃ末端のGBP修飾によるものだと考えられる。 FIG. 8 shows the results of measurement and calculation of the gold nanoparticle concentration and protein concentration in the solution, and the calculation of how many ferritin subunit monomers are bound per gold nanoparticle. As a result, fer8, FG, and TFG were 6, 32, and 31, respectively. Compared to Fer8, mutant ferritin clearly has a stronger binding force to gold nanoparticles, and the change is thought to be due to the C-terminal GBP modification.
フェリチンタンパク質による金ナノ粒子の内包プロセスについて第１０図に示す。まず、ｐＨ調整によるフェリチンの分解後、サブユニットモノマーは、金ナノ粒子の表面に結合し、一層目のタンパク質層を形成する。そのとき、サブユニットモノマーの間に、すき間ができ、そこにほかのサブユニットモノマーがＣ末端を差し込み、二層目の層を形成する。このため、前記のように、金ナノ粒子を内包するフェリチンは、通常のフェリチンが２４量体で構成されるにもかかわらず、２４を超えるモノマーによって構成されている。その結果、内部のアミノ酸配列が溶液に暴露し、それがFGのシリコン表面吸着に寄与すると考えられる。 FIG. 10 shows the process of encapsulating gold nanoparticles with ferritin protein. First, after the degradation of ferritin by adjusting pH, the subunit monomer binds to the surface of the gold nanoparticle to form the first protein layer. At that time, a gap is formed between the subunit monomers, and another subunit monomer inserts the C-terminal therein to form a second layer. For this reason, as described above, ferritin encapsulating gold nanoparticles is composed of more than 24 monomers, although ordinary ferritin is composed of a 24-mer. As a result, the internal amino acid sequence is exposed to the solution, which is thought to contribute to the adsorption of FG on the silicon surface.
金ナノ粒子および、変異体フェリチンにコートされた金ナノ粒子を親水化処理したシリコン表面に滴下し、その後、純水洗浄行い、SEM観察を行った結果を第９図に示す。図で示したように、外表面修飾してない金ナノ粒子は、シリコン上に吸着せず、一方、変異体フェリチンにて内包した金ナノ粒子はシリコン表面に吸着している。よって、コーティングにより、金ナノ粒子はシリコンに吸着できる特性を得たと結論できる。なお、外表面にシリコン結合ペプチドを修飾していないFG/GNPsもシリコン表面に吸着することが観察された。 FIG. 9 shows the results of SEM observation, in which gold nanoparticles and gold nanoparticles coated with mutant ferritin were dropped onto a hydrophilized silicon surface, and then washed with pure water. As shown in the figure, gold nanoparticles not modified on the outer surface are not adsorbed on silicon, while gold nanoparticles encapsulated with mutant ferritin are adsorbed on the silicon surface. Therefore, it can be concluded that the gold nanoparticles have the property of being adsorbed to silicon by the coating. It was observed that FG / GNPs whose outer surface was not modified with a silicon-binding peptide were also adsorbed on the silicon surface.
そこで、洗浄液に界面活性剤（Tween20：東京化成工業株式会社製ポリオキシエチレンソルビタンモノラウラート）を添加し、フェリチンタンパク質に内包された金ナノ粒子の溶液を基板上に滴下した後、前記界面活性剤含有洗浄液により洗浄を行った。この洗浄液の界面活性剤の濃度は、0.1 wt%である。純水洗浄の場合、FGまたはTFGにて内包した金ナノ粒子はシリコン表面に吸着しているが、洗浄液中に低濃度の界面活性剤があるとき、FGにて内包した金ナノ粒子は、シリコン表面に吸着できなくなった。一方、第１１図に示すように、TFGにて内包した金ナノ粒子は、シリコン表面への吸着が観察された。 FGで内包した金ナノ粒子より、TFGで内包した金ナノ粒子は強くシリコン表面に強く結合し、それはTFGの外表面にあるTBPの働きだと考えられる。 Therefore, a surfactant (Tween 20: polyoxyethylene sorbitan monolaurate manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) is added to the cleaning solution, and a solution of gold nanoparticles encapsulated in ferritin protein is dropped onto the substrate, and then the surfactant is added. Cleaning was performed with an agent-containing cleaning solution. The concentration of the surfactant in this cleaning solution is 0.1 wt%. In pure water cleaning, gold nanoparticles encapsulated in FG or TFG are adsorbed on the silicon surface, but when there is a low concentration of surfactant in the cleaning solution, gold nanoparticles encapsulated in FG Can no longer be adsorbed on the surface. On the other hand, as shown in FIG. 11, the gold nanoparticles encapsulated in TFG were observed to be adsorbed on the silicon surface. The gold nanoparticles encapsulated in TFG are strongly bonded to the silicon surface more than the gold nanoparticles encapsulated in FG, which is considered to be the function of TBP on the outer surface of TFG.
以上示したように、遺伝子改変したフェリチンにて金ナノ粒子を内包することができ、さらにシリコン表面へデリバリすることに成功した。第１２図に示すように内部および外表面修飾のペプチドは、活性を示し、金属ナノ粒子の種類によって、修飾ペプチドを選択すれば、様々な金属ナノ粒子の内包および選択配置に応用できる。 As described above, the gold nanoparticles can be encapsulated with the genetically modified ferritin, and further successfully delivered to the silicon surface. As shown in FIG. 12, the inner and outer surface modified peptides exhibit activity, and can be applied to inclusion and selective arrangement of various metal nanoparticles by selecting the modified peptide depending on the type of metal nanoparticles.
次に本発明による金ナノ粒子のプラズモン応用についての実施例２を説明する。プラズモン効果をより発揮するには、金ナノ粒子（金ナノドット）の直径は最低10nmが必要であることが知られている。そこで粒径15nmの金ナノ粒子を用いた。この金ナノ粒子の消光特性を第１３図（ａ）に示す。この金ナノ粒子による急峻な信号ピークを520nmに確認することができる。実施例１で述べた方法によって、フェリチンに内包した金ナノ粒子のTEM観察写真を第１３図（ｂ）に示し、また、このプラズモンの信号ピークを第１３図（ａ）に示した。また、表面プラズモンの共鳴によって、やや長波長側にシフトしている。これは、金属の表面に付着したタンパクによって、まわりの媒質の屈折率が局所的に変化したことを意味している。また、第１３図（ｂ）によれば、金ナノ粒子の周りをタンパク質がきれいに囲っていることが確認できる。この膜の厚みは第１３図（ｂ）により2nm程度であると計算されるが、これはフェリチンのサブユニットモノマーの厚みに対応している。球の形状は維持されており、15nmの金ナノ粒子がそれぞれの構造において、中心に位置していることが確認できる。 Next, Example 2 about the plasmon application of the gold nanoparticle by this invention is demonstrated. It is known that the diameter of the gold nanoparticle (gold nanodot) needs to be at least 10 nm in order to further exert the plasmon effect. Therefore, gold nanoparticles with a particle size of 15 nm were used. The extinction characteristics of the gold nanoparticles are shown in FIG. 13 (a). A steep signal peak due to the gold nanoparticles can be confirmed at 520 nm. A TEM observation photograph of the gold nanoparticles encapsulated in ferritin by the method described in Example 1 is shown in FIG. 13 (b), and the signal peak of this plasmon is shown in FIG. 13 (a). Moreover, it is shifted to a slightly longer wavelength side due to resonance of the surface plasmon. This means that the refractive index of the surrounding medium is locally changed by the protein adhering to the metal surface. Further, according to FIG. 13 (b), it can be confirmed that the protein is neatly surrounded around the gold nanoparticles. The thickness of this film is calculated to be about 2 nm according to FIG. 13 (b), which corresponds to the thickness of the ferritin subunit monomer. The shape of the sphere is maintained, and it can be confirmed that the 15 nm gold nanoparticles are located in the center of each structure.
次に基板上に配置された金ナノドットの光学特性を評価するために、基板配置を検討した。Ｔｉを認識するチタン認識ペプチドは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｇに強い結合能力を示すが、一方で、Ａｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｆｅは認識しない。さらに、メカニズムは不明だが、界面活性剤Tween20は、Ｔｉへの認識能力を促進することがわかっている。 Next, in order to evaluate the optical characteristics of the gold nanodots arranged on the substrate, the substrate arrangement was examined. A titanium-recognizing peptide that recognizes Ti exhibits strong binding ability to Ti, Si, and Ag, but does not recognize Au, Cr, Pt, Sn, Zn, Cu, and Fe. Furthermore, although the mechanism is unknown, the surfactant Tween 20 has been found to promote the ability to recognize Ti.
2nmのＴｉを熱酸化されたＳｉ基板の上に堆積し、フォトリソグラフィーとリフトオフプロセスによってパターニングした。基板洗浄のために、ＵＶオゾン処理を行ったところ、Ｔｉ表面も酸化され、ＴｉＯ２に変化している。この基板上に実施例1の方法により金内包フェリチンを配置したところ、SEM観測によって以下のことが明らかになった。SEM観察写真を第１４図に示す。ペプチド修飾していない金ナノ粒子は、Ｓｉ表面にもＴｉ表面にも吸着されず、ペプチド修飾した金ナノ粒子は、どちらにも吸着した。しかし、面活性剤Tween20を用いることで、第１４図（ａ）に示すように、金内包フェリチンはTi表面にのみ、選択的に吸着されている。さらに、第１４図（ｂ）に示すように、400nmの間隔で、直径20nmのＴｉ島にもきれいに選択吸着されている。 2 nm of Ti was deposited on the thermally oxidized Si substrate and patterned by photolithography and lift-off process. When UV ozone treatment was performed to clean the substrate, the Ti surface was also oxidized and changed to TiO 2 . When gold-encapsulated ferritin was placed on this substrate by the method of Example 1, the following was revealed by SEM observation. A SEM observation photograph is shown in FIG. Gold nanoparticles that were not peptide-modified were not adsorbed on the Si surface or Ti surface, and peptide-modified gold nanoparticles were adsorbed on both. However, by using the surfactant Tween 20, as shown in FIG. 14 (a), the gold-encapsulated ferritin is selectively adsorbed only on the Ti surface. Furthermore, as shown in FIG. 14 (b), it is selectively adsorbed cleanly on Ti islands having a diameter of 20 nm at intervals of 400 nm.
第１５図（ａ）に示すようにガラス基板の上に１nmの厚みで、面積5×5mm2のＴｉを形成し、ペプチド修飾した金ナノ粒子を高い密度で配置した。第１５図（ｂ）にAFMによる観測結果を示す。ペプチド修飾した金ナノ粒子は、高密度でランダムに配置されていることが確認できた。密度は1011particles/cm2である。AFM観測結果の断面プロファイルから、金ナノ粒子は粒径25nmであり、金ナノ粒子をサブユニットモノマーでカバーした場合の直径に対応している。 As shown in FIG. 15 (a), Ti having a thickness of 1 nm and an area of 5 × 5 mm 2 was formed on a glass substrate, and peptide-modified gold nanoparticles were arranged at a high density. FIG. 15 (b) shows the observation result by AFM. It was confirmed that the gold nanoparticles modified with peptides were arranged at high density and randomly. The density is 10 11 particles / cm 2 . From the cross-sectional profile of the AFM observation results, the gold nanoparticles have a particle size of 25 nm, which corresponds to the diameter when the gold nanoparticles are covered with subunit monomers.
形成された金ナノ粒子のプラズモン特性を評価した。第１５図（ｃ）に示すように、525nmの位置に急峻な消光のピークが現れている。一般的に、結合したプラズモンの強さは粒子の半径の６乗に比例し、粒子間距離の６乗に反比例することがわかっている。これらの結果は、粒子が密に詰まっており、それぞれの粒子が孤立化していることを示している。参照用として、ペプチド修飾していない粒子をＴｉ上に堆積した場合、それぞれの粒子は凝集し、消光特性のピークがブロードになった。 The plasmon characteristics of the formed gold nanoparticles were evaluated. As shown in FIG. 15 (c), a sharp extinction peak appears at a position of 525 nm. In general, it has been found that the strength of coupled plasmons is proportional to the sixth power of the particle radius and inversely proportional to the sixth power of the interparticle distance. These results indicate that the particles are closely packed and each particle is isolated. For reference, when non-peptide-modified particles were deposited on Ti, each particle aggregated and the extinction characteristic peak became broad.
本発明の選択的配置方法によれば、金属を所望の箇所に整列配置することができ、金属ナノ粒子の活用の場面をさらに拡大することが可能である。金属ナノ粒子の整列配置方法は半導体素子、センサ素子、液晶素子など素子作製をはじめ各種の分野に適用することができる。また、本発明のタンパク質単量体、プラズモンセンサ素子によれば、高感度の表面プラズモンセンサを作製することができる。 According to the selective arrangement method of the present invention, metals can be arranged and arranged at desired locations, and the scene of utilizing metal nanoparticles can be further expanded. The method for arranging and arranging metal nanoparticles can be applied to various fields including element fabrication such as semiconductor elements, sensor elements, and liquid crystal elements. Moreover, according to the protein monomer and plasmon sensor element of the present invention, a highly sensitive surface plasmon sensor can be produced.
Claims (9)
前記タンパク質の第１末端が第１無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾され、第２末端が第２無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾される修飾工程と、
溶液のｐＨを調製して前記タンパク質を分解し、金属ナノ粒子と、前記タンパク質とを、前記第１無機材料結合性ペプチドユニットまたは前記第２無機材料結合性ペプチドユニットのいずれかを介して結合する金属ナノ粒子結合工程と、
溶液のｐＨを調製して前記タンパク質を結合し、前記金属ナノ粒子結合工程によって形成したタンパク質結合金属ナノ粒子と、基板上に存在する無機材料とを、金属ナノ粒子に結合していない無機材料結合性ペプチドユニットを介して結合する無機材料結合工程とを含む
金属ナノ粒子の選択的配置方法。 A method of selectively arranging metal nanoparticles using a protein having a property of causing decomposition and binding depending on the pH of a solution,
The first end of the protein is modified by the first inorganic material-binding peptide units, the modification step of the second end Ru is modified by the second inorganic material-binding peptide units,
The pH of the solution was prepared decomposing the protein, and the metal nanoparticles, and the protein is attached through any of the first inorganic material-binding peptide unit or the second inorganic material-binding peptide units A metal nanoparticle bonding step;
Inorganic material binding that binds the protein by adjusting the pH of the solution and binds the protein-bound metal nanoparticles formed by the metal nanoparticle binding step and the inorganic material present on the substrate to the metal nanoparticles A method for selectively arranging metal nanoparticles, comprising an inorganic material binding step for binding via a sex peptide unit.
前記タンパク質が内部中空を有する多量体タンパク質を形成するタンパク質であって、多量体タンパク質を形成した際に、内部中空に位置する末端が第１無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾され、多量体タンパク質の外側に位置する末端が第２無機材料結合性ペプチドユニットによって修飾される修飾工程と、
溶液のｐＨを調製して前記タンパク質を分解し、金属ナノ粒子と、複数の前記タンパク質とが前記第１無機材料結合性ペプチドユニットを介して結合する金属ナノ粒子結合工程と、
溶液のｐＨを調製して前記タンパク質を結合し、複数の無機材料結合性タンパク質が前記金属ナノ粒子を内包する金属ナノ粒子内包工程と、
前記金属ナノ粒子内包工程によって形成した前記タンパク質に内包された金属ナノ粒子と、基板上に存在する無機材料とを、前記第２無機材料結合性ペプチドユニットを介して結合する無機材料結合工程とを含む金属ナノ粒子の選択的配置方法。 A method of selectively arranging metal nanoparticles using a protein having a property of causing decomposition and binding depending on the pH of a solution,
The protein forms a multimeric protein having an internal hollow, and when the multimeric protein is formed, a terminal located in the internal hollow is modified by the first inorganic material-binding peptide unit, A modification step in which the outer terminal is modified by a second inorganic material binding peptide unit;
The pH of the solution was prepared decomposing the protein, and the metal nanoparticles, the metal nanoparticles coupling step in which a plurality of said protein bound via the first inorganic material-binding peptide units,
Adjusting the pH of the solution to bind the protein, and encapsulating the metal nanoparticles with a plurality of inorganic material-binding proteins encapsulating the metal nanoparticles ;
Said metal nanoparticles encapsulating step the metal nanoparticles contained in the protein formed by the inorganic materials present on the substrate, and an inorganic material bonding process for coupling through the second inorganic material-binding peptide units A method for selectively arranging metal nanoparticles.
内部中空に位置するＣ末端に第１無機材料結合性ペプチドユニットが修飾され、
外側に位置するＮ末端に第２無機材料結合性ペプチドユニットが修飾されたことを特徴とする無機材料結合性タンパク質。 In ferritin that has the property that degradation and binding occur depending on the pH of the solution, and forms a multimeric protein having an internal hollow,
The first inorganic material-binding peptide unit is modified at the C- terminus located in the hollow interior,
Inorganic materials binding proteins, wherein the second inorganic material-binding peptide units are modified at the N-terminus located outside side.
前記フェリチンが溶液のｐＨによってフェリチンモノマーに分解され、該フェリチンモノマーが溶液中で前記金属ナノ粒子と結合し、溶液のｐＨによって金属ナノ粒子を包含した多量体タンパク質を形成し得ることを特徴とする請求項３に記載の無機材料結合性タンパク質。 The inorganic material that binds to the first inorganic material-binding peptide units Ri Ah with metal nanoparticles,
The ferritin is decomposed into ferritin monomer by the pH of the solution, and the ferritin monomer binds to the metal nanoparticles in the solution, and can form a multimeric protein including the metal nanoparticles by the pH of the solution. The inorganic material binding protein according to claim 3 .
前記第２無機材料結合性ペプチドユニットを介して、基板上に存在する前記第２無機材料結合性ペプチドユニットに結合可能な無機材料表面上に所定間隔で存在することを特徴とするプラズモン素子。 The metal nano-particles bound via the first inorganic material-binding peptide units to proteins inorganic material-binding protein is formed according to claim 4,
A plasmon element, which is present on a surface of an inorganic material capable of binding to the second inorganic material-binding peptide unit present on the substrate via the second inorganic material-binding peptide unit, at a predetermined interval .
前記第１無機材料結合性ペプチドユニットに結合する前記金属ナノ粒子がＡｕ、
前記第２無機材料結合性ペプチドユニットに結合する無機材料がＴｉ、ＳｉまたはＡｇのいずれかであることを特徴とするプラズモン素子。 In the plasmon element according to claim 5 ,
The metal nanoparticles that bind to the first inorganic material binding peptide unit are Au,
A plasmon element, wherein the inorganic material that binds to the second inorganic material-binding peptide unit is Ti, Si, or Ag.
前記第１無機材料結合性ペプチドユニットに結合する前記金属ナノ粒子がＡｕであり、前記第２無機材料結合性ペプチドユニットに結合する無機材料が基板上に存在する無機材料であり、
前記Ａｕが非対称性形状を有することを特徴とするプラズモン素子。 In the plasmon element according to claim 5 ,
Wherein the metal nanoparticles that bind to the first inorganic material-binding peptide units are Au, inorganic material bonded to the second inorganic material-binding peptide unit is an inorganic material present on the substrate,
The plasmon element, wherein the Au has an asymmetric shape.
前記第１無機材料結合性ペプチドユニットに結合する前記金属ナノ粒子がＡｕであり、前記第２無機材料結合性ペプチドユニットに結合する無機材料が基板上に存在する無機材料であり、
前記Ａｕの形状がロッド状、リング状、または直方体状であることを特徴とするプラズモン素子。 In the plasmon element according to claim 5 ,
Wherein the metal nanoparticles that bind to the first inorganic material-binding peptide units are Au, inorganic material bonded to the second inorganic material-binding peptide unit is an inorganic material present on the substrate,
A plasmon element, wherein the shape of Au is a rod shape, a ring shape, or a rectangular parallelepiped shape.
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| JP2012002510A (en) | 2012-01-05 |
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