WO2006126595A1 - 機能性材料の三次元構造体 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an inorganic material single-layer thin film using the inorganic mineralization ability of an inorganic material binding peptide and a method for producing the same, a three-dimensional structure of a functional material, and a method for producing the same.
  • Non-Patent Document 1 As an artificial peptide that specifically binds to inorganic materials, the acquisition of acid-iron iron (Fe 2 O 3) -binding peptides by Brown (S. Brown) was reported in 1992 (for example, Non-Patent Document 1
  • inorganic materials used by living organisms in nature such as silicon skeleton of diatom, calcium carbonate shell of shellfish, inorganic material binding peptide motifs found from human teeth and bones, are also artificial peptides. It is known that it has a biomineralization ability for its target material, as well as peptides that bind to inorganic materials generally have the ability to bind to the target material as well as the neutralization ability. It is considered to be a multifunctional peptide.
  • TBP-1 artificial peptide TBP-1 (RKLPDAPGMHTW; SEQ ID NO: 2) that binds to titanium by a phage display method (see, for example, Non-Patent Document 3).
  • T BP-1 does not bind to silver, 'gold', 'platinum', 'copper', 'chrome', 'iron', 'tin', and zinc, and has high binding specificity.
  • TBP-1 has silver or silica biomineralization ability, and is also shown to be a multifunctional peptide (see, for example, Non-Patent Document 4).
  • Efforts are being made to establish nanoscale functional molecular arrangement control technology using these inorganic material-binding peptides.
  • the following two methods are mainly studied.
  • the first is to modify the base called ⁇ direct patterning '' using the binding specificity of an inorganic material binding peptide with multiple types of inorganic materials, and target functional molecules only at specific inorganic material modification sites. This is a method of arranging in two dimensions.
  • the inorganic material-binding peptide is patterned by conjugating the inorganic material-binding peptide to a molecular scaffold having a periodic structure or a regular structure. This is a method of controlling the arrangement of functional molecules by causing a “biomineralization” reaction of functional molecules on this scaffold. Both of these are actively studied.
  • ferritin protein has been known for a long time as a protein that stores “iron” atoms, which are both essential metals and have toxicity, in vivo.
  • Ferritin or ferritin-like proteins exist universally from plants to bacteria, and are deeply involved in the homeostasis of iron elements in living organisms or cells.
  • Higher eukaryotic ferritin such as human tuma forms a spherical nuclear structure consisting of a 24-mer with a molecular weight of about 20 kDa and a peptide chain of about 12 nm in diameter, and has a space of 7-8 nm inside. In this internal space, iron molecules are stored as a cluster of nanoparticulate acid ferrous iron.
  • the 24 subunits that make up the protein spherical shell (cage) are of two types (H type and L type), and the composition ratio varies depending on the species and tissue.
  • Dendrimers are three-dimensional macromolecules synthesized stepwise from a single branched monomer unit, and it is known that their properties and functionality can be easily controlled and changed. . Dendrimers can be synthesized by iteratively adding building 'blocks (basic units) to the multi-functional core (divergent approach to synthesis) or toward the multi-functional core (convergent approach to synthesis). Each time a building block 3D shell is added In addition, higher generation dendrimers are formed. It is also known that dendrimers have a higher density of functional groups on the surface as the generation progresses, and become dominant in physical properties.
  • the dendrimer becomes water-soluble. While the molecular surface is hydrophilic, the interior of the dendrimer can be designed to be hydrophobic. Since it has a three-dimensional structure and a space that can hold guest molecules inside, it is possible to incorporate poorly water-soluble drugs.
  • PAMAM polyamidoamine dendrimers whose terminal functional groups are amino groups are positively charged in the entire dendrimer molecule in response to an external environment such as pH. Is known to grow.
  • a star polymer is defined as a polymer chain force that forms three or more arms, a polymer connected by a core that is the center of the arm, and the core that is the center is a polyfunctional polyhalogen compound. And cross-linked polymers of polyfunctional monomers are used. Also, the arm is
  • Multi-branched star polymers are used in which a distrene benzene cross-linker is used as a core, and a monostrength Lurbaon polymer chain is cross-linked with dibulubenzene.
  • Star polymers can be produced by coupling a key-on living polymer with a polyfunctional coupling agent (arm-first method) or by synthesizing a polyfunctional starting species in advance and extending its strength. (Core-first method) is common, and the polymerization reaction of the polymer chain that becomes the arm and the reaction of linking the polymer chain to the core that should be the center are performed separately in two stages. .
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application No. 2003-282509
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application No. 2004-374093
  • Non-Patent Literature l Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 8651-, 1992
  • Non-Patent Document 2 Nature, 405: 665 ", 2000
  • Non-Patent Document 3 Sano K., and Shiba K. A hexapeptide motif that electrostatically bin ds to the surface of titanium "J Am Chem Soc. 125, 14234-5 (2003)
  • Non-Patent Document 4 Langmuir, 21 (7), 3090 -3095, 2005.
  • the object of the present invention is to combine inorganic material-binding peptides by utilizing the multi-functionality of inorganic material-binding peptides, that is, the ability to specifically bind to specific inorganic materials and the ability of biomineralization.
  • 3D structures of functional materials that enable bottom-up nanoscale three-dimensional molecular arrangement of proteins, viruses, block copolymers, etc., and nanoscale control by controlling molecular arrangement in the thickness direction Is to provide a thin film.
  • the inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and in the cDNA encoding the amino terminal of the equine spleen-derived L ferritin molecule, an inorganic material having the amino acid sequence RKLPD A shown in SEQ ID NO: 1
  • the DNA encoding the binding peptide is fused, E. coli is used to express the inorganic material binding peptide fusion ferritin protein, the fusion ferritin protein is purified, and the resulting fusion ferritin protein is used as a model system.
  • an aggregate that presents a plurality of the same or different inorganic material binding peptides on the surface of an inorganic substrate is introduced, and the aggregate is bonded to the inorganic substrate in a single layer.
  • the inorganic material monolayer thin film production method characterized by the following: (2)
  • the inorganic material-binding peptide is a peptide artificially obtained by a fuzzy presentation method targeting an inorganic material.
  • the inorganic material-binding peptide is a peptide artificially obtained by a cell surface presentation method using an inorganic material as a target. Characterized in that (1) The method for producing an inorganic material single-layer thin film described in (1) above, and (4) the inorganic material-binding peptide force RKLPDA (SEQ ID NO: 1) or RKLPDAPGMHTW (SEQ ID NO: 2) ) Or (3) the method for producing an inorganic material single-layer thin film, or (5) the inorganic material-binding peptide is a peptide having an amino acid sequence ability that exists in nature.
  • the method for producing a single-layer inorganic material thin film according to (8) or (9) above, which is a protein complex having a core-shell structure, or (11) a fusion protein complex is The method for producing an inorganic material monolayer thin film according to (8) above, characterized in that it is a nuclear ferritin protein complex, or (12) an iron storage protein complex in which the fusion protein complex is derived from bacteria.
  • the inorganic material unit described in (8) above is characterized by (13) The method for producing a single-layer inorganic material thin film according to (8) above, wherein the fusion protein complex is a virus particle or a virus outer shell protein complex, (14) The inorganic material monolayer thin film according to any one of the above (1) to (7), wherein the aggregate is a protein-modified protein bound with a plurality of the same or different inorganic material binding peptides (15) The inorganic material according to any one of (1) to (7) above, wherein the aggregate is an organic polymer compound in which a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides are bound Single-layer thin film manufacturing methods and (16) Hydrophilic properties in which organic polymer compounds that bind multiple identical or different inorganic material binding peptides bind hydrophobic blocks and multiple identical or different inorganic material binding peptides Block copolymer with block A method for producing an inorganic material single-layer thin film as described in (15) above, Or (17) den
  • the present invention also provides (21) a biomineralization reaction of the inorganic material-binding peptide via an aggregate that presents on the surface a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides that are monolayer bonded to the surface of the inorganic substrate.
  • Inorganic material single-layer thin film characterized in that the substrate or precursor is formed as a biomineral layer by the biomineralization ability of the inorganic material-binding peptide, and (22) the inorganic material-binding peptide
  • the inorganic material monolayer thin film described in (21) above which is a peptide artificially obtained by a phage display method as a target, or (23) an inorganic material-binding peptide targeted to an inorganic material
  • the inorganic material monolayer thin film according to (21) above which is a peptide artificially obtained by a cell surface display method, or (24) an inorganic material-binding peptide, RKL PDA (SEQ ID NO: 1) or RKLPDAPGMHTW (SEQ ID NO: 2), characterized in that the inorganic material monolayer thin film according to (22) or (23) above or (25) an inorganic material-binding peptide exists in nature
  • the inorganic material monolayer thin film according to (25) above, or (28) the aggregate is a fusion protein complex in which a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides are fused.
  • the above-mentioned (21) to (27), wherein the inorganic material single-layer thin film according to any one of (21) to (27) or (29) the fusion protein complex is a multimeric protein complex.
  • the inorganic material monolayer thin film according to (28) above, or (33) the fusion protein complex is a virus particle or a virus outer shell protein complex Inorganic material single layer according to (28) above, characterized in that
  • the thin film or (34) aggregate is a chemically modified protein in which a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides are bound, and the inorganic material unit described in any one of (21) to (27) above
  • the inorganic thin film or (35), wherein the aggregate is an organic polymer compound in which a plurality of the same or different inorganic material binding peptides are bound, V in (21) to (27) above,
  • Single layer thin film or (36) A block consisting of a hydrophobic block and a hydrophilic block to which a plurality of the same or different inorganic material binding peptides are bonded.
  • the inorganic material single layer thin film according to any one of the above (21) to (37), wherein the biomineral layer is a single layer of silica or a silica-containing molecule, or (39) the biomineral layer is The inorganic material single-layer thin film according to any one of the above (21) to (37), characterized in that it is a single layer of titanium oxide, and (40) the titanium oxide has photocatalytic activity
  • the present invention also includes (41) introducing an aggregate presenting a plurality of the same or different inorganic material binding peptides on the surface of the inorganic substrate, and bonding the aggregate to the inorganic substrate in a single layer, A substrate of the inorganic material-binding peptide, which is a substrate for the inorganic mineralization reaction, is introduced into the aggregate bonded to a single layer, and a bio-mineralization ability of the inorganic material-binding peptide is used for biosynthesis.
  • a substrate for biomineralization reaction of the inorganic material binding peptide 1 is a precursor on the aggregate surface that is monolayer-bonded.
  • a multi-layering operation (a) and (b) is repeated one or more times to introduce a body and form a biomineral layer using the biomineralization ability of an inorganic material binding peptide.
  • An assembly that presents a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides on the surface of the inorganic substrate is introduced on the surface of the inorganic substrate, and the assembly is placed on the inorganic substrate.
  • a biomineralization reaction substrate or precursor of the inorganic material-binding peptide is introduced into the aggregate that has been monolayer-bonded to the single-layer bond, and the biomineralization ability of the inorganic material-binding peptide is utilized to obtain a biomineral layer. Then, the aggregate having the binding ability to the biomineral layer is introduced on the surface of the nanomineral layer formed in the step, and the inorganic nanoparticle is utilized by utilizing the binding ability of the inorganic material binding peptide to the biomineral layer.
  • the aggregate carrying the material is bonded to the biomineral layer as a single layer, and if necessary, (b) the inorganic material bonded to the surface of the aggregate bonded to the single layer.
  • a substrate or precursor of peptide mineralization reaction is introduced and a biomineralization ability of the inorganic material binding peptide is used to form a biomineral layer, and (a) the biomineral layer is formed on the surface of the formed biomineral layer.
  • the aggregate carrying inorganic nanoparticles having binding ability to the nano mineral layer, and utilizing the binding ability of the inorganic material binding peptide to the nanomineral layer the aggregate is monolayer bonded on the biomineral layer (b) and (a), a method for producing a three-dimensional structure of a functional material characterized by repeating one or more times, or (43) a phage in which an inorganic material-binding peptide targets an inorganic material.
  • the method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to (41) or (42) above, or (45) the inorganic material binding peptide is RKLPDA (SEQ ID NO: 1) or RKLPDAPGMHTW (SEQ ID NO: 2)
  • the method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to the above (43) or (44), or (46) the inorganic material-binding peptide is a peptide comprising an amino acid sequence existing in nature (41)
  • the method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to (41) or (42) above, or (47) a peptide comprising a naturally occurring amino acid sequence is a peptide derived from diatom protein
  • the method for producing a three-dimensional structure according to any one of (41) to (48) above, or (50) the fusion protein complex is a multimeric protein complex.
  • (49) The method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to (49) or (50), wherein the (51) fusion protein complex is a protein complex having a core-shell structure.
  • the method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to (4), or (52) the fusion protein complex is a ferritin protein complex derived from a higher eukaryote,
  • a method for producing a three-dimensional structure of functional material and (53) fusion protein The method for producing an inorganic material monolayer thin film according to the above (49), wherein the fusion is an iron storage protein complex derived from bacteria;
  • a method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to any one of the above (41) to (48), characterized in that it is a modified protein, and (56) a plurality of same or different assemblies Inorganic material binding A method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to (41) to (48) above
  • the method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to the above (56), which is a star polymer having an inorganic material binding peptide bound thereto, or (59) a functional material comprising silica or a silica-containing molecule A method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to any one of the above (41) to (58), characterized in that it is a thin film, and (60) that the functional material is a titanium oxide thin film.
  • the method for producing a three-dimensional structure of a functional material according to any one of (41) to (58) above, or (61) the functionality according to (60) above, wherein titanium oxide has photocatalytic activity A method for producing a three-dimensional structure of a material, or (62) the functional material according to any one of (41) to (58) above, wherein the functional material is a semiconductor material or a semiconductor nanoparticle.
  • the functional material according to any one of (41) to (58) above, wherein the functional material is a metal chloride material or metal chloride nanoparticles.
  • the three-dimensional structure is a placement-controlled three-dimensional structure or a multilayer thin-film three-dimensional structure.
  • the above (41) to (64) are related to a method for producing a three-dimensional structure of a functional material as described above.
  • the present invention relates to (66) a biomineralization reaction of the inorganic material-binding peptide via an aggregate that presents on the surface a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides that are single-layer bonded to the surface of the inorganic substrate.
  • the substrate or precursor is formed as a biomineral layer by the inorganic mineralization ability of the inorganic material binding peptide, and (a) through the aggregate that is monolayer bonded to the formed biomineral layer surface ( b) A substrate for the biomineralization reaction of the inorganic material-binding peptide, wherein the precursor is formed as a biomineral layer by the biomineralization ability of the inorganic material-binding peptide.
  • the substrate of the lysation reaction, the precursor is formed as a biomineral layer by the biomineralization ability of the inorganic material-binding peptide, and the aggregate of the inorganic mineral particles supported on the formed biomineral layer surface.
  • the substrate or precursor of the biomineralization reaction of the inorganic material binding peptide is coupled to the inorganic material via the bonded assembly.
  • the aggregate is formed as a biomineral layer by the biomineralization ability of the peptide and (a) the inorganic bioparticles are supported on the surface of the formed biomineral layer.
  • a multi-layered structure (b) and (a) repeated one or more times, or (68) an inorganic material-binding peptide. Is a peptide artificially obtained by a phage display method targeting an inorganic material, the three-dimensional structure of a functional material according to the above (66) or (67), (69 (3) The three-dimensional structure of the functional material according to (66) or (67) above, wherein the inorganic material binding peptide is a peptide artificially obtained by a cell surface display method targeting an inorganic material.
  • the functional material according to (68) or (69) above, wherein the (70) inorganic material-binding peptide is RKLPDA (SEQ ID NO: 1) or RKLPDAPG MHTW (SEQ ID NO: 2).
  • the structure or (71) inorganic material-binding peptide is a naturally occurring amino acid sequence
  • the functional material three-dimensional structure according to (66) or (67) above, or (72) a peptide consisting of an amino acid sequence existing in nature is a peptide derived from a diatom protein.
  • the three-dimensional structure of the functional material described in (71) above, or (73) a peptide consisting of an amino acid sequence existing in nature is related to a novel mineralization in nature.
  • a three-dimensional structure of the functional material according to (71) above, which is a peptide derived from a protein, or (74) a fusion protein in which a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides are fused The three-dimensional structure according to any one of the above (66) to (73), which is a complex, or (75) the fused protein complex is a multimeric protein complex. (74) described above Three-dimensional structure of functional materials and (76) fusion protein complex, the core 'shell A three-dimensional structure of the functional material according to the above (74) or (75), which is a protein complex having a structure, or (77) a fusion protein complex is a ferritin derived from a higher eukaryote.
  • the three-dimensional structure of the functional material according to (74) above, which is a protein complex, or (78) the fusion protein complex is an iron storage protein complex derived from bacteria.
  • the three-dimensional structure of the functional material according to (74) above, or (79) the fusion protein complex is a virus particle or a virus outer shell protein complex according to (74) above.
  • the above-mentioned (66) to (73), wherein the three-dimensional structure of the functional material or (80) aggregate is a protein-modified protein bound with a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides.
  • the three-dimensional structure of the functional material described in 81) The three-dimensional functional material according to any one of (66) to (73) above, wherein the aggregate is an organic polymer compound in which a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides are bound.
  • a structure or (82) a block composed of a hydrophobic block and a hydrophilic block in which a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides are bound together.
  • the three-dimensional structure of the functional material or (84) the functional material is a thin film of silica or a silica-containing molecule, or any one of (66) to (83) above
  • the three-dimensional structure of the functional material described in any one of (66) to (83) above, which is a nanoparticle, or (88) the functional material is an acid metal material or an acid metal
  • the three-dimensional structure of the functional material described in any one of (66) to (83) above, which is a metal nanoparticle, or (89) the functional material is a metal chloride material Above (66) -, wherein is chloride metal nanop
  • FIG. L A schematic diagram of a three-dimensional arrangement control method of nanoparticles using minTl-LF is shown.
  • FIG. 2 A diagram showing three-dimensional arrangement control of minTl-LF on a titanium-coated QCM sensor. Even if minTl-LF is added repeatedly first, no change in the weight of the titanium sensor surface can be seen. This indicates that minTl-LF can form only a single layer on the titanium sensor in the conventional method. However, by utilizing the silica formation ability of the minTBP-1 sequence of minTl-LF, we succeeded in the three-dimensional arrangement of minTl-LF.
  • FIG. 3 A diagram showing minTl-LF three-dimensional placement control on a gold-coated QCM sensor. This figure shows that the three-dimensional arrangement control method works even if the adsorption mode of minTl-LF in the first layer is nonspecific adsorption (physical adsorption). In general, it is known that in the absence of a non-specific adsorption inhibitor such as a surfactant, furin forms a monolayer by non-specific adsorption.
  • a non-specific adsorption inhibitor such as a surfactant
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of a control experiment using LF0. Without the minTBP-1 sequence, the protein forms a single-layer film on the gold substrate by non-specific adsorption, but does not have the multi-functionality of inorganic material binding peptides. I can't do it.
  • FIG. 5 is a diagram showing nanoparticle formation in the internal space of minTl-LF.
  • FIG. 6 is a diagram showing the three-dimensional arrangement control of acid pig iron nanoparticles via minTl-LF.
  • FIG. 7 is a diagram showing three-dimensional arrangement control of nanoparticles via minTl-LF.
  • FIG. 8 is a diagram showing three-dimensional arrangement control of nanoparticles via minTl-LF. Different by sequentially stacking minTl-LF containing iron oxide, cadmium selenide, and cobalt oxide. The nanoparticles could be controlled in three dimensions.
  • FIG. 9 is a diagram showing a three-dimensional arrangement 1 of nanoparticles arranged via minTl-LF.
  • the transmission electron microscope image (right) and elemental mapping (left) of the cross-sectional sample showed that this three-dimensional configuration control method is functioning effectively.
  • FIG. 10 is a diagram showing a three-dimensional arrangement 2 of nanoparticles arranged via minTl-LF.
  • the transmission electron microscope image (right) and elemental mapping (left) of the cross-sectional sample showed that this three-dimensional configuration control method is functioning effectively.
  • FIG. 4 is an atomic force microscope image of a [l l] minTl-LFZ silica thin film.
  • FIG. 12 is a view showing a scanning electron microscope image of the three-dimensional arrangement control process of Fe-minTl-LF.
  • A SEM image of mirror polished titanium used for the substrate. Abrasion scratches are visible.
  • D SEM image when Fe-minTl-LF second layer is formed. Again, a granular structure corresponding to minTl-LF is visible.
  • FIG. 13 is a diagram showing three-dimensional arrangement control via minTl-LF when the biomineral layer is titanium oxide.
  • FIG. 14 is a diagram showing three-dimensional arrangement control by a ferritin protein obtained by chemically modifying a synthetic peptide containing a titanium-binding peptide (KIS-P1) sequence.
  • FIG. 15 is a diagram showing three-dimensional arrangement control when luciferase is added to a nanomaterial such as a protein obtained by chemically modifying an inorganic material-binding peptide.
  • FIG. 16 is a diagram showing nanoparticle formation in the internal space of minTBP-1 PEGZPAMA.
  • the upper right shows the state of the solution when minTBP-1-PEG / gold nanoparticles are formed in the internal space of minTBP-l-PEGZPAMA. It can be seen that each nanoparticle was formed in the inner space of minTBP 1 PEGZPAMA.
  • the absorbance of the purified product shows a profile with an absorption maximum near 520 nm, indicating the formation of gold nanoparticles, and each nanoparticle in the internal space of minTBP— 1—PEGZPAMA. You can see that a child was formed.
  • FIG. 17 is a diagram showing measurement results of dynamic light scattering of minTBP-1 PEGZPAMA.
  • min TBP 1 PEGZPAMA ⁇ The average particle size of the core-shell structure of gold nanoparticles is expected to be 54.5 nm.
  • an aggregate that presents a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides on the surface of an inorganic substrate is introduced, and the aggregate is disposed on the inorganic substrate.
  • a substrate that is a biomineralization reaction of the inorganic material-binding peptide is introduced into the aggregate that has been monolayer-bonded and monolayer-bonded. 1, a precursor is introduced, and a biomineralization of an inorganic material-binding peptide is introduced.
  • the inorganic material single layer thin film of the present invention includes a plurality of the same or different inorganic materials bonded to the surface of the inorganic substrate.
  • the substrate or precursor of the inorganic material-binding peptide biomineralization reaction is passed through an aggregate that presents the material-binding peptide on the surface, and the inorganic material-binding peptide biomineral Ze is no to be particularly limited as long as it is a single-layer thin film is formed as biomineral layer with one Chillon ability.
  • an assembly that presents a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides on the surface of an inorganic substrate is introduced, and the assembly A substrate or precursor of the inorganic material-binding peptide biomineralization reaction is introduced into the aggregate that is bonded to a single layer on an inorganic substrate, and the inorganic material-binding peptide biomineralization is introduced. Then, the biomineral layer is formed using the function, and then (a) the aggregate having binding ability to the biomineral layer is introduced on the surface of the formed biomineral layer, and the inorganic material binding peptide for the biomineral layer is introduced.
  • the aggregate is monolayer-bonded on the biomineral layer using the binding ability of (b) the monolayer-bonded biomineraly of the inorganic material binding peptide on the aggregate surface.
  • Multilayering operations (a) and (b) are performed one or more times by introducing a substrate or precursor of a single reaction and forming a biomineral layer using the biomineralization ability of the inorganic material binding peptide. Repeating method, or combining multiple same or different inorganic materials on the surface of inorganic substrate An assembly that presents a surface on the surface is introduced, and the assembly is bonded to a single layer on an inorganic substrate, and the combined single layer is a substrate for the inorganic mineralization reaction of the inorganic material binding peptide.
  • a precursor is introduced, and a biomineralization ability of the inorganic material binding peptide is used to form a biomineral layer, and then the biomineral layer surface formed in the above has a binding ability to the biomineral layer.
  • a substrate or precursor of the inorganic mineral-binding peptide biomineralization reaction is introduced on the surface of the aggregate that is bonded to a single layer, and the inorganic material-binding peptide biominer is introduced.
  • a biomineral layer is formed by utilizing the resizing ability.
  • the aggregate carrying inorganic nanoparticles having binding ability to the biomineral layer is introduced on the surface of the formed mineral mineral layer, and the inorganic mineral with respect to the biomineral layer is introduced.
  • Multilayering operations (b) and (a) in which the aggregate is monolayer-bonded on the biomineral layer using the binding ability of the material-binding peptide is repeated one or more times. There is no particular limitation as long as it is a method for producing a three-dimensional structure of a material.
  • the inorganic material-binding peptide is formed through an aggregate that presents on the surface a plurality of identical or different inorganic material-binding peptides that are single-layer bonded to the surface of the inorganic substrate.
  • the substrate or precursor of the inorganic material binding peptide biomineralization reaction is formed as a biomineral layer by the inorganic mineralization ability of the inorganic material binding peptide.
  • a multilayer structure (a) and (b) are repeated one or more times, or a plurality of identical structures bonded to the surface of an inorganic substrate by a single layer.
  • the substrate or precursor of the inorganic material-binding peptide biomineralization reaction is formed as a biomineral layer by the biomineralization ability of the inorganic material-binding peptide via the bonded aggregate, ( a) a multilayered structure (b) in which the aggregate carrying inorganic nanoparticles is bonded to the surface of the formed biomineral layer, (b) and (a) force is repeated one or more times.
  • a biomineral layer by the biomineralization ability of the inorganic material-binding peptide via the bonded aggregate
  • a multilayered structure in which the aggregate carrying inorganic nanoparticles is bonded to the surface of the formed biomineral layer, (b) and (a) force is repeated one or more times.
  • Examples of the inorganic substrate include metals such as titanium, gold, silver, copper, silicon, aluminum, and stainless steel, and substrates composed of inorganic materials such as ceramic, alumina, glass, quartz, mica, and silicon. That's right.
  • the inorganic material-binding peptide in the present invention is a peptide artificially obtained by a fage presentation method targeting an inorganic material or a cell surface layer presentation method targeting an inorganic material. And peptides that have an amino acid sequence that exists in nature.
  • inorganic materials include inorganic elements (Ti, Si, Fe, Co, Zn, Ni, As, Ag, Pt, Pd, Au, Al, Mn, W, Ge, P, C, etc.) and inorganic compounds. (TiO, GaAs, CaCO, SiO, ZnS, FeO, CrO, PbO, CoO, MnO, Zeora
  • a phage population (phage live) in which different peptide sequences are displayed (displayed) on phage particles on titanium.
  • Contact preferably in an aqueous solution, and the titanium particles bound to the phage particles via the peptide sequence are collected by centrifugation, and the resulting phage particles bound to the titanium are propagated in cells such as Escherichia coli.
  • a method of concentrating phage clones that bind to titanium can be exemplified by repeating a vanning operation in which a phage population displaying the propagated peptide sequence on phage particles is brought into contact with titanium.
  • titanium such as particulate titanium and plate metal, titanium alloy, titanium dioxide and titanium dioxide can be used.
  • the phage library described above inserts chemically synthesized random DNA into phage DNA (phagemid), introduces the gene into host E. coli, and biosynthesizes molecules that form phage viruses.
  • phage library random 7 mer, 12 mer, cyclic 7 mer Etc.
  • Specific examples of peptides obtained in this manner having a binding ability to titanium include RKLPDA (SEQ ID NO: 1), RKLPDAPGMHTW (SEQ ID NO: 2), and RALPDA (SEQ ID NO: 3).
  • examples of titanium include metal titanium, titanium alloy, amorphous titanium dioxide, titanium dioxide anatase crystal, titanium dioxide rutile crystal, and titanium dioxide brookite crystal.
  • DYFSSPYYEQLF (SEQ ID NO: 4) and YDPFHII (SEQ ID NO: 5) can be specifically mentioned as peptides having binding ability to the nanographite structure.
  • SEQ ID NO: 9 DVFSSFNLKHMR (SEQ ID NO: 10) can be mentioned, and the literature [Naik, RR, Stringer, SJ, Agarwal, u., Jones, 3 ⁇ 4. E., ana Stone, MO (2002b). Biomimetic synthesis Nat Mater 1, 169—172.] [As described in this paper, peptides that have binding ability to Ag include AYSSGAPPMPPF (SEQ ID NO: 11), NPSSLFRYLPSD (SEQ ID NO: 12), SLATQPPRTPPV ( SEQ ID NO: 13) can be mentioned.
  • CDRTSTWRC SEQ ID NO: 18
  • CQSVRSTKC SEQ ID NO: 19
  • CSSSHLNKC SEQ ID NO: 20
  • CSVTQNKYC SEQ ID NO: 21
  • CSPHPGPYC SEQ ID NO: 22
  • CHAPTPMLC SEQ ID NO: 23
  • KAATN SEQ ID NO: 28
  • RIRHRLVGQ SEQ ID NO: 29
  • peptides having binding ability to PbO include YPPFHNNDHRS (SEQ ID NO: 30), SKPL
  • ARSSGA SEQ ID NO: 31
  • GRMQRRVAH SEQ ID NO: 32
  • LGKDRPHFHRS SEQ ID NO: 33
  • HHMLRRRNT array
  • MDHGKYRQKQATPG (SEQ ID NO: 38) is a peptide having binding ability to Zeolites. ), VKTQATSREEPPRLPSKHRPG (SEQ ID NO: 39).
  • Such a peptide capable of binding to an inorganic material can be produced by a general chemical synthesis method in accordance with its amino acid sequence.
  • the chemical synthesis method includes a peptide synthesis method using a normal liquid phase method and a solid phase method. More specifically, in this peptide synthesis method, based on amino acid sequence information, each amino acid is sequentially linked one by one to extend the chain! /, Includes a stepwise erosion method and a fragment 'condensation method in which a fragment consisting of several amino acids is synthesized in advance and then each fragment is subjected to a coupling reaction.
  • Examples of the inorganic material-binding peptide having an amino acid alignment ability that exist in nature include peptides derived from diatom proteins, peptides derived from proteins related to biomineralization that exist in nature, and the like. Can do.
  • Silicatein Tethya aurantia (Shimizu et al., 1998), Silicatein ⁇ Tethya auran tia (Accession No: AAF21819), Silicatein a Halichondria okadai, Accession No: BAB 86343), Silaffin 1 precursor (natSil -1) Cylindrotheca lusiformis (Accession No: Q9 SE35) and the like, and as a peptide derived from a diatom protein, the above partial peptide R5 (SSKKSGSYSGSKGSKRRIL; SEQ ID NO: 4) of Silaf fin 1 should be specifically exemplified. Can do.
  • an inorganic material-binding peptide that has been chemically modified can be advantageously used.
  • Examples of powerful chemical modifications include chemical modifications that include substitution with amino acids having functional groups, and chemical modifications that facilitate the formation of bonds with the linker. Modifications that do not reduce the binding ability to the material are preferred.
  • a chemical modification for easily forming a bond with the above-mentioned linker a covalent bond of piotine to an amino group of a peptide using an N-hydroxy succinimide ester of piotine can be mentioned. it can. Chimeric molecules can be easily produced by virtue of such peptides.
  • a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides are fused with the peptides, preferably the N-terminal.
  • a fusion protein complex consisting of a protein that fuses to a protein, a plurality of identical or different inorganic material binding peptides, and a chemically modified protein consisting of a protein that binds the peptide, preferably a covalent bond, or a plurality of same or different Examples include peptide-binding organic polymer compounds composed of an inorganic polymer-binding peptide and an organic polymer compound that binds the peptide, preferably covalently, as well as piotin avidin complex and antigen protein-antibody complex. can do.
  • Powerful aggregates can carry inorganic materials such as metal nanoparticles, semiconductor materials, light concentrators, and fluorescent molecules by inclusion, bonding, chemical modification, adsorption, and the like.
  • Examples of the fusion protein complex include a multimeric protein complex, a protein complex having a core-shell structure, a ferritin protein complex derived from a higher eukaryote, Examples thereof include iron storage protein complexes derived from bacteria and virus particles or virus outer shell protein complexes.
  • proteins with multimeric proteins and core-shell structures include ferritin protein families such as ferritin and apoferritin derived from higher eukaryotes, and iron stores such as DpsA protein and MrgA protein derived from bacteria.
  • Viral particles or viruses such as protein, adenovirus, rotavirus, poliovirus, HK97, cytomegalovirus, tobacco mosaic virus, cowpea mosaic virus (CPMV), cowpea mosaic virus (CCMV), M13 butteriophage Examples include outer shell protein, GroEL complex, and GroEL-GroES complex.
  • the icosahedron of adenoviral particles is a heteromultimeric protein, and methods for chemically modifying viral particles such as adenoviral particles and viral outer shell proteins are well known (Chemistry and Biology 2002). , Vol. 9 p805-811, Journal of Nanobiotechnol ogy 2003, 1; 5, Journal of American Chemical Society 2003, Vol. 125, p6848—6849).
  • the GroEL-GroES complex is a very large structure with a shape like a top hat, such as 60,000 nuclear power.
  • Seven GroEL molecules form a torus-type ring, and two such rings (total) 14 GroEL) forms the lower part of a hat with a diameter of about 14 ⁇ and a height of 150A.
  • At the top seven GroES molecules bind and close the hat, its diameter is 80A, height is about 3 OA
  • the total height of these composites is about 185A, and inside the composite is a large cylindrical cavity with a diameter of 50 60A and a length of about 150A along the 7 axis of symmetry.
  • L-type and H-type ferritin derived from higher eukaryotes such as equine spleen-derived L-type ferritin can be preferably exemplified.
  • chemically modified protein comprising a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides and a protein that is chemically modified (bonded), preferably covalently bonded, there are ferritin and apoferritin derived from higher eukaryotes.
  • Ferritin protein family I noreluciferase, amylase, linase, catalase, beta-lactamase, phosphofructokinase, myosin, kinesin, integrin, rhodopsin, bacteriorhodopsin, G protein coupled protein, G protein group, Ras, Ran , Low molecular weight such as CDC42 Etc.
  • a protein such as G protein group was bound with a chemically modified protein in which an inorganic material binding peptide was covalently bound by a conventional method such as the method described in the Examples, or an inorganic material binding peptide with the above chemical modification was bound. Mention may be made of chemistry modified proteins.
  • a hydrophobic block and a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides are combined.
  • Block copolymers with hydrophilic blocks, dendrimers with multiple identical or different inorganic material-binding peptides bound to branching tips, star polymers with multiple identical or different inorganic material-binding peptides bound to arm tips, etc. Can be mentioned.
  • the hydrophobic block in the block copolymer is selected from the group consisting of polyester, polystyrene, polyamino acid, polyorthoester, and polyphosphadin, and more preferably poly-L leucine, poly-L-isoleucine.
  • a polyglycolic co-force can also be selected from the group that also has a prolacton force.
  • the carboxyl terminal group of the hydrophobic block can be replaced with a fatty acid such as a butyric acid group, a propionic acid group, an acetic acid group, a stearic acid group, or a palmitic acid group.
  • the hydrophobic block has a number average molecular weight of 500 to 50,000 daltons, preferably 500 to 20,000 dalenoleka!
  • the hydrophilic block to which a plurality of the same or different inorganic material binding peptides in the block copolymer is bonded includes polyamino acid, polyalkylene glycol, polybutyl alcohol, polybulur pyrrolidone or polyacrylamide and More preferably selected from the group consisting of derivatives thereof, poly-L serine, poly-L-threonine, poly-L-lysine, poly-L-arginine, poly-L-aspartic acid, poly-L-glutamic acid, poly-L-asparagine,
  • the group strength can be selected from poly L-glutamine, monomethoxypolyethylene glycol, monoacetoxypolyethylene glycol, polyethylene glycol, polyethylene copropylendalicol, and polybutyropyrrolidone.
  • the number average molecular weight of the hydrophilic block is 500 to 50,000 daltons, especially 500 to 20,000 daltons. Luton is preferred.
  • the inorganic material-binding peptide can be bound to the hydrophilic block via a functional group such as an amino group or a carboxyl group of the hydrophilic block. Alternatively, by adding a cysteine residue to the inorganic material-binding peptide, it can be bound to the hydrophilic block via the thiol group of the cysteine residue.
  • a diblock copolymer composed of a polylactide glycol bonded with an inorganic material-bound peptide a diblock copolymer composed of an inorganic material-bound peptide-bonded polyethyleneimine-aliphatic polyester, and an inorganic material-bound peptide bond
  • Polyoxyethylene block Polyoxypropylene block Inorganic material-bonded peptide-bonded polyoxyethylene
  • a triblock copolymer that also has an ethylene block power and a triblock copolymer composed of a polylactide-inorganic material-bonded peptide-bound poly (ethylene oxide) -polylactide.
  • Acetal-poly (ethylene glycol) -block- [poly (2- (N, N-dimethylamino) ethyl methacrylate)] (Acetal-PEGZPAMA) can be preferably exemplified.
  • the diblock copolymer consisting of a hydrophilic block and a hydrophobic block has a core shell (c) in which the hydrophobic block forms a core and the hydrophilic block forms a shell in the aqueous phase. ore-shell) polymer micelles.
  • a hydrophobic block, a hydrophilic block, an inorganic material-binding peptide, and a polymer are prepared, an aggregate that presents a plurality of inorganic material-binding peptides on the micelle surface is obtained.
  • inorganic nanoparticles can be supported in such block copolymer micelles by a conventional method.
  • the dendrimer or star polymer used in the present invention is one that can bond, preferably covalently bond, a plurality of the same or different inorganic material-binding peptides to a plurality of branched ends or arm tips.
  • the Yogu inorganic material-binding peptides in by the O by including known dendrimers or star polymers Unamono through a functional group such as Amino groups or carboxyl groups of the tip of the branch of the tip and the arm, by a conventional method dendrimers or star polymers Can be chemically bonded.
  • dendrimers and star polymers have one or more hydroxyl groups substituted with sugar, monohydroxyl and oligohydroxyl C1-C6 alkyl, monohydroxyl and oligohydroxyl C2-C6 acyl, alkoxy groups or alkylene groups.
  • C1-C2 alkoxyalkyls, amino acids, peptides, oligos such as polyoxyethylene consisting of 1 to 120 ethylene oxide units or It is possible to use derivatives that have been chemically modified with a hydrophilic group such as poly (XaC1 to C3 alkylene).
  • a metal salt such as silver nitrate 'copper' HAuCl 'iron chloride ⁇ -PtCl' ammonium iron,
  • biomineralization ability means the ability to produce minerals (mineralization ability) as it occurs in a living body, and the produced mineral layer is called a biomineral layer.
  • the inorganic material monolayer thin film of the present invention is formed as a monolayer of such a biomineral layer, and is composed of a monolayer of silica or a silica-containing molecule, a monolayer of titanium oxide, preferably a titanium oxide having photocatalytic activity.
  • the single layer can be preferably exemplified.
  • the functional material in the present invention is not particularly limited as long as it is a material composed of an inorganic substance, and is a silica or a silica-containing molecule thin film, a titanium oxide thin film, preferably an oxide having photocatalytic activity.
  • Thin films of inorganic materials such as titanium thin films, inorganic materials having specific functions such as semiconductors, metal materials and their oxides, chlorides, hydroxides, carbonates, carbon materials such as diamonds, metals Inorganic nanoparticles such as nanoparticles can be exemplified.
  • the metal material include Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, P, Be, Ga, Pb, Zn, Cd, Cr, and the like. Examples of these metal materials include nanoparticles.
  • the metal oxide materials include SnO, Sb 2 O 3, ⁇ , In ⁇
  • Examples of the genus nanoparticles may include nanoparticles of these acid metal materials.
  • Salt metal alloys include CuCl, FeCl, PtCl, CoCl, NiCl, MnCl, PdCl, SbCl, Cr
  • salty metal nanoparticles nano particles of these salty metal materials
  • the semiconductor materials include Ge, Si, SiGe, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdMnS, CdSe, CdMnSe, CdTe, CdMnTe, HgS, HgSe, HgTe, InP. , InAs, InSb, InN, GaN, GaP, GaAs, GaSb, TiO, WO, PbS, PbSe, MgT
  • the semiconductor nanoparticles can include nanoparticles of these semiconductor materials.
  • the inorganic nanoparticles include a plurality of the same or different inorganic materials such as the ferritin protein complex, virus particle or virus outer shell protein complex, protein complex having a core-shell structure, and a hydrophobic block.
  • a block copolymer with a hydrophilic block to which a binding peptide is bound, a dendrimer in which a plurality of the same or different inorganic material binding peptides are bound to the end of a branch, and the like are supported and used.
  • the three-dimensional structure of the functional material of the present invention may be a pattern of silica or a silica-containing molecule thin film or oxide.
  • the aggregate presented in Fig. 1 is bonded to a single layer by “Direct Pattern Jung”, and a biomineralization ability of the inorganic material binding peptide is formed to form a biomineral layer.
  • An example of an arrangement-controlled three-dimensional structure formed by arranging functional materials in three dimensions by multilayering using the binding ability of the material-binding peptide can be exemplified.
  • a three-dimensional structure composed of multilayer thin films a three-dimensional structure (sandwich body) in which inorganic nanoparticles such as metal nanoparticles exist between the thin films
  • examples include a three-dimensional structure in which inorganic nanoparticles are present on the outer surface of a layer thin film, a multilayer thin film, or a sandwich.
  • the biotin complex can be coated with avidin around the semiconductor nanoparticles
  • the semiconductor nanoparticle is coated with a complex of avidin and piotin fused with an inorganic material binding peptide. It is possible to overlay three-dimensional structures .
  • the antigen protein-antibody complex is made of ferritin fused with a titanium-binding peptide and has a three-dimensional structure in which the nanomineral layer is acid titanium. The outermost layer is a ferritin layer.
  • An anti-ferritin antibody fused with a conoretate-binding peptide is bound to the outermost layer of ferritin to produce an antibody layer, and then an acid-cobalt mineralization is performed to produce an acid-coneret layer.
  • the ferritin fused with ⁇ cobalt-binding peptide is bound to the acid-cobalt layer, and so on.
  • Three-dimensional structures can be overlaid.
  • fusion ferritin protein which is a fusion of L type ferritin (LF) derived from horse spleen and a titanium-binding peptide (minTBP-1) consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.
  • pKISl fusion ferritin protein
  • Met which is complementary to each other and that is the start codon, is encoded by the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 42, the restriction enzyme BamHI linker sequence on the start codon side, and the restriction enzyme Sail linker on the other side Synthetic DNA of SEQ ID NO: 43 (SEQ ID NO: 43 (SEQ ID NO: 5'—GATCCATGCGC AAAC TTCCGGATGCGAGCT-3,)) and SEQ ID NO: 44 (SEQ ID NO: 5 CGCATCCGGAA GTTTGCGCATG—3), each lOOpmole / zzl is 50 mM NaCl, 10 mM Mix in Tris-HCU lOmM MgCl, warm at 70 ° C for 10 minutes, then slowly
  • this DNA and pKITO were each digested with BamHI and separated by 1% agarose gel electrophoresis, the former being a fragment of about 6 kb, the latter being about 300
  • the bp fragment was purified with Gene Clean II kit (BIO101) and ligated using T4 DNA ligase.
  • the bound DNA was transferred to Escherichia coli XLI-blue strain (hsdR17, supE44, recAl, endAl, gyrA46, thiAlrelAl, lac / F, [proAB + qladqA (lacZ) M15 :: TnlO (tetR)]) in a conventional manner (Molecular Cloning Third Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press), and using a primer (SEQ ID NO: 45; 5, one GTGGAATTGTGAGCG-3) in the BamHI fragment of about 300 bp The BamHI fragment of about 300 bp was inserted in the direction!
  • Escherichia coli was collected by centrifugation (Beckman J2-21M, JA—14-port 1-ter, 5000 rpm, 5 minutes). The collected E. coli was washed with 80 ml of 50 mM Tris-HCl (pH 8.0), and centrifuged again (Kubota, 5922, RA410M2 rotor, 4000 rpm, 10 minutes). 30 ml of 50 mM Tris-HCl (pH 8.0) [After suspension, use ultrasonic crusher (BRANSON, SONIFIER 250, microchip, maximum output, duty cycle 50%, 2 minutes 3-4 times) To obtain E. coli disruption solution.
  • ultrasonic crusher BRANSON, SONIFIER 250, microchip, maximum output, duty cycle 50%, 2 minutes 3-4 times
  • the soluble fraction is recovered by centrifugation (Kubota, 5922, RA410M2 rotor, 8000 rpm, 30 minutes) of the E. coli disrupted solution, and the protein is denatured by warm bathing at 65 ° C for 20 minutes. Went. Centrifugation (Kubota, 5922, RA410M2 rotor, 8000 rpm, 30 minutes) was used to remove the denatured contaminating proteins that form a precipitate, and the supernatant was recovered.
  • FIG. 1 shows an outline of a method for manufacturing a three-dimensional structure (three-dimensional arrangement control method or thin film fabrication method) using the multi-functionality of 1.
  • the three-dimensional structure was examined using a crystal oscillator type biomolecule interaction analyzer, QCM-D300 (q-sense AB, Gothenburg).
  • QCM-D300 q-sense AB, Gothenburg.
  • a QCM-D300 genuine titanium sensor was used for the crystal oscillator.
  • minTl-LF After measuring the reference value with 50 mM Tris-HCl (pH 7.5) and 150 mM NaCl (TBS), minTl-LF with the concentration adjusted to 0.1 mgZml was introduced into the measurement chamber and measured continuously. . As shown in Fig. 2, a force with a frequency decrease of about 60 to 70 Hz is observed. This is due to the binding of minTl-LF to the titanium substrate. When the sensor is stable, rinse the inside of the chamber with TB S and introduce 0.1 mg / ml minTl-LF again into the measuring chamber. I got it. This indicates that minT 1-LF forms a single layer film on the titanium sensor.
  • TMOS tetramethoxyorthosilane
  • ImM hydrochloric acid was introduced into the measuring chamber. Due to the silica's biomineralization ability possessed by minTl-LF, the silica layer is deposited on the minTl-LF film. can do.
  • the inside of the measuring chamber was rinsed with TBS, and further 0.1 mg / ml minTl—LF was introduced into the measuring chamber. This time, the minTl— A decrease in frequency of about 60 Hz was observed due to the coupling of LF to the silica layer. This means that the second layer of minTl-LF has been formed.
  • minTl-LF can be arranged in three dimensions.
  • the interaction between the underlying substrate and the first layer in the three-dimensional arrangement control method 'thin film formation method utilizing the multifunctionality of the inorganic material-binding peptide is non-specific but specific. It was confirmed that this was possible as in the case of binding. This indicates that the base substrate can be selected in various ways according to the purpose.
  • Ferritin has a core-shell structure.
  • acid iron iron ferritin, cobalt oxide, acid chromium, acid nickel, acid uranium, cadmium selenide, and sulfur cadmium sulfate are used.
  • Such Has the ability to form various inorganic material nanoparticles.
  • minTl-LF force S recombinant apoferritin obtained in Example 1 it was confirmed by the following procedure that it had the ability to form nanoparticles of iron oxide, acid-cobalt, and cadmium selenide in its internal space. did.
  • cadmium selenide 7.5 mM ammonium acetate, 0.5 mg Zml min T1 LF, lmM cadmium acetate dihydrate solution was added with a final concentration of 5 mM selenourea and allowed to stand at room temperature overnight.
  • minTl-LF was precipitated by centrifugation using an ultracentrifuge (Beckman, TLA 100.4 rotor, 50, OOOrpm, 1 hour).
  • the three-dimensional arrangement control method 'thin film formation method using the multifunctionality of the inorganic material-binding peptide can freely arrange a plurality of types of functional compounds at desired positions. It was confirmed.
  • Example 3 The thin film produced in Example 3 was evaluated with an atomic force microscope. In other words, a part of the thin layer of minTl-LF 'silica layer force laminated on the gold coat sensor is peeled off with tweezers, and stepped by an atomic force microscope (SHIMAZU SPM9500, contact mode). Observations were made ( Figure 11). The laminated film was relatively flat, and the height of the step was consistent with the height estimated from the ferritin molecular size.
  • Example 2 Using the model protein minTl-LF obtained in Example 1, it was shown that a three-dimensional structure can be formed even when the biomineral layer is titanium oxide.
  • the structure formation monitor was examined using QCM-D300 (q-sense AB, Gothenburg) which is the same crystal oscillator type biomolecular interaction analyzer as in Example 2.
  • the QCM-D300 genuine gold sensor used in Example 3 was used for the crystal oscillator. The measured temperature was around 43 ° C.
  • minTl-LF having a concentration adjusted to 0.1 mgZml was introduced into the measurement chamber and continuously measured. As shown in Fig. 13, there was a decrease in frequency due to the coupling of minTl-LF to the gold sensor. After the sensor is stabilized, the inside of the chamber is rinsed with TBS. Titanium bisan molyum lactate dihydroxide, 50% by weight (Aldrich, Titanium (IV) bis (ammonium lactato) dihydroziae, 50 wt.% solution water),
  • minTl-LF was introduced into the measuring chamber. Titanium oxide biomineralization ability possessed by minTl-LF Slowly deposits of titanium oxide layer on minTl-LF film Force QCM- D300 frequency change power could be monitored. After incubating for about 30 hours, rinse the inside of the measuring chamber with TBS, and then introduce 0.1 mg / ml minTl-LF into the measuring chamber. This time, minTBP-1 binds with acid and titanium. There was a decrease in frequency due to the binding of minTl-LF to the titanium oxide layer. This means that the second layer of minTl-LF has been formed. By repeating the above process, minTl-LF can be arranged in three dimensions.
  • the three-dimensional arrangement control method / thin film formation method using the multifunctionality of the inorganic material-binding peptide is effective even when the biomineral layer is an acid titanium (other than silica). Was confirmed.
  • the peptide (KIS—P1: titanium-binding peptide) having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 47 was added to the L-type ferritin (D1-LF) derived from wild-type horse spleen used in the control experiment in Example 3.
  • a chemically modified ferritin protein (CM minTl-LF) was prepared.
  • KIS-P1 has glycine, a flexible linker, tryptophan, an ultraviolet light absorption marker, and a thiol group, which is a target for a cross-linking agent, on the side chain of the titanium-binding peptide RKLPDA (minTBP-1). It is a synthetic peptide with sequential addition of cysteine.
  • CM minTl-LF was manufactured according to the following procedure. Specifically, 10 mM N-succinimidyl iodoacetate (SIA) dissolved in 25 1 DMSO was added to 5 mg Zml D1-LF in lml PBS solution, stirred at room temperature for 1 hour, dialyzed against PBS solution, After removing unreacted SIA, the synthetic peptide represented by SEQ ID NO: 47 was prepared so as to have a final concentration of lmM. The synthetic peptide represented by SEQ ID NO: 47 was chemically modified with ferritin by stirring for 3 hours at room temperature, and then the unreacted synthetic peptide represented by SEQ ID NO: 47 was removed by dialysis again.
  • SIA N-succinimidyl iodoacetate
  • CM minTl-LF prepared in this way can be diluted 25 times with PBS to form a three-dimensional structure.
  • the structure formation monitor was examined using QCM-D300 (q-sense AB, Gothenburg) which is the same crystal oscillator type biomolecular interaction analyzer as in Example 2.
  • QCM-D300 q-sense AB, Gothenburg
  • the crystal oscillator the QCM-D300 genuine titanium sensor used in Example 2 was used.
  • the actual measured value was approximately 24.8 ° C.
  • CM minTl-LF was introduced into the measurement chamber and subsequently measured.
  • CM minTl-LF titanium sensor There was a decrease in frequency associated with the coupling.
  • PBS tetramethoxyolsocilan
  • TMOS tetramethoxyolsocilan
  • CM minTl-LF was arranged in three dimensions.
  • an aggregate that presents an inorganic material-binding peptide on the surface can be prepared by chemically modifying the chemically synthesized inorganic material-binding peptide for proteins other than ferritin.
  • the protein used is firefly-derived luciferase (Aldrich).
  • CM-luc luciferase protein
  • CM-luc obtained by chemically modifying the synthetic peptide represented by SEQ ID NO: 47 prepared in this manner was diluted 20-fold with PBS, and it was shown that a three-dimensional structure can be formed.
  • the structure formation monitor is the same crystal oscillator type biomolecular interaction analyzer as in Example 2. This was examined using M-D300 (q-sense AB, Gothenburg). For the crystal oscillator, the QCM-D300 genuine titanium sensor used in Example 2 was used. The actual temperature is 24.8. C.
  • CM minTl-LF was introduced into the measurement chamber and subsequently measured. As shown in Fig. 15, there was a decrease in frequency due to the coupling of CM-luc to the titanium sensor.
  • PBS tetramethoxyorthosilane
  • TMOS tetramethoxyorthosilane Due to the silica biomineralization ability of CM-luc, the frequency of QCM-D300 can be monitored as the silica layer is deposited on the CM-luc film.
  • CM-luc After incubating for a while, the measurement chamber was rinsed with PBS, and 0.1 mg mg ml of CM-luc was introduced into the measurement chamber. There was a decrease in frequency with coupling to the layer. This means that the second layer of CM-luc has been formed. By repeating the above process, CM-luc could be arranged in three dimensions.
  • an aggregate that presents an inorganic material-binding peptide on the surface can be prepared by chemically modifying the chemically synthesized inorganic material-binding peptide for synthetic polymer materials other than proteins.
  • the synthetic polymer used is Acetal-PEGZPAMA, which is a block copolymer (Langmuir 20 p561, 2004). 0 A block copolymer with a modified amino acid sequence with amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 47.
  • the union (minTBP-1—P EGZPAMA) was produced according to the following procedure.
  • the end is 100 mg of PEGZPAMA maleated from Acetal (Mal-PEGZPAMA) and 24 mg of the synthetic peptide represented by SEQ ID NO: 47 are dissolved in 20 ml of 50 mM Tris-HCl buffer pH 7.5, and stirred overnight at room temperature.
  • the synthetic peptide shown was chemically modified to PEGZPA MA.
  • the unreacted synthetic peptide represented by SEQ ID NO: 47 was dialyzed against water, removed, and then lyophilized.
  • the minTBP-1—PEGZPAMA produced in this way is Langmuir 20 p561,
  • the inorganic material-binding peptide can be imparted to a nanomaterial such as a protein 'synthetic polymer by chemically modifying the chemically synthesized inorganic material-binding peptide. confirmed. In addition, it was confirmed that the three-dimensional arrangement control method and thin film formation method by the function of the inorganic material binding peptide provided by the chemical modification are effective.
  • a peptide having binding ability to an inorganic material has (1) the ability to promote mineralization (mineralization) of molecules constituting the target inorganic substance in addition to the binding ability. ) It is supported by inorganic materials and aggregates on a thin film by utilizing the fact that it is a multi-functional peptide having two properties: binding ability to multiple, but limited, inorganic materials. It is a technology that makes it possible to arrange three-dimensional inorganic nanoparticles on a nanoscale
  • the peptide motif TBP-1 with 12 amino acid residues (SEQ ID NO: 2) has the ability to bind to the surface of silver and silica besides titanium, gold, platinum, chromium, iron, It does not bond to the surface of other metals such as copper, tin, and zinc.
  • TBP—1 peptide can also promote the mineralization reaction in titanium oxide, silver and silicon test tubes. Such multifunctionality of TBP-1 is maintained even when this peptide is fused with other proteins.
  • a modified ferritin protein presenting 24 molecules of minTBP-1 can be synthesized, but this minTBP-1 displayed ferritin protein binds strongly to titanium, silica, and silver surfaces, but not to gold surfaces.
  • the minTBP-1 ferritin protein retains the ability to promote mineralization of mineral acid titanium, silica, and silver in vitro.
  • minTBP-l-presenting ferritin protein when the minTBP-l-presenting ferritin protein is spread on a titanium substrate, a monolayer is formed on the titanium substrate due to its titanium binding ability.
  • minTBP—1 Not all 24 minTBP—1s are used to bind the proposed ferritin protein to the titanium substrate, so minTBP-1 that is not used for binding must exhibit mineralization activity. Can do.
  • TMOS tetramethoxyolsosilane
  • silica silica
  • the second layer of minTBP-l-presented ferritin protein can be overlaid on the biomineral layer using the binding ability of minTBP-l to silica. By repeating this operation, it is possible to produce a thin film whose thickness is controlled by the nanoscale of ferritin protein.
  • ferritin molecules can encapsulate functional nanocompounds such as semiconductor nanoparticles, by using ferritin molecules encapsulating different functional nanocompounds, a plurality of types of functional nanoy compounds can be incorporated. Multi-layer bodies can be accurately manufactured on the nanoscale, Body. High utility value in the field of nanobiotechnology.
  • the target of three-dimensional arrangement control and thin film creation is protein 'virus' phage ⁇ block copolymer ⁇ polymer and encapsulated 'junction' chemical modification ⁇ adsorbed quantum dot 'semiconductor material' Condensing element ⁇ Fluorescent molecules can be listed.

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Abstract

ナノスケールで制御された酸化チタン等の無機薄膜や、半導体ナノ粒子等の機能性材料の三次元構造体を提供するものである。無機基板表面に、複数の無機材料結合ペプチドを表面に提示するフェリチンを導入し、前記フェリチンを無機基板上に単層結合させ、単層結合した前記フェリチンに、前記無機材料結合ペプチドが結合能及び／又はバイオミネラリゼーション能を有する無機材料を導入し、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーション能を利用してバイオミネラル層を形成し、次いで（ａ）形成したバイオミネラル層表面に、該バイオミネラル層に結合能を有する前記フェリチンを導入し、前記フェリチンをバイオミネラル層上に単層結合させ、（ｂ）単層結合した前記フェリチン表面に、前記無機材料を導入してバイオミネラル層を形成する、多層化操作（ａ）及び（ｂ）を、１若しくは複数回繰り返すことにより、機能性材料の三次元構造体を製造する。

Description

明 細 書
機能性材料の三次元構造体
技術分野
[0001] 本発明は、無機材料結合ペプチドのノィォミネラリゼーシヨン能を利用した、無機 材料単層薄膜及びその製造方法、並びに、機能性材料の三次元構造体及びその 製造方法に関する。
背景技術
[0002] 無機材料に特異的に結合する人工ペプチドとしては、 1992年にブラウン (S. Brow n)による酸ィ匕鉄 (Fe O )結合ペプチドの取得が報告された (例えば、非特許文献 1
2 3
参照)。以後、それまで自然界で生物が利用してこな力つた無機材料に結合する人 ェペプチドの取得が相次いでおこなわれ、 2000年にはべルシヤー（A. M. Belcher) により砒ィ匕ガリウム (GaAs)結合人工ペプチド (例えば、非特許文献 2参照）、炭酸力 ルシゥム (CaCO )結合人工ペプチドが報告された (例えば、非特許文献 2参照)。ま
3
た、詳細な反応機構はまだ分力 ていないが、無機材料結合人工ペプチドはその標 的材料に対するノィォミネラリゼーシヨン能を持つことが知られている。
[0003] 一方、自然界で生物が利用している無機材料、例えば珪藻の珪素骨格や貝の炭 酸カルシウムの殻、我々人間の歯や骨などからみつけられた無機材料結合ペプチド モチーフも、人工ペプチドと同様にその標的材料に対するバイオミネラリゼーシヨン能 を有することが知られており、無機材料に結合するペプチドは、一般的に標的材料へ の結合能と同時にノィォミネラリゼーシヨン能をもつ多機能ペプチドであると考えられ る。
[0004] 本発明者らは、チタンに結合する人工ペプチド TBP— 1 (RKLPDAPGMHTW； 配列番号 2)を、ファージ提示法により単離している (例えば、非特許文献 3参照)。 T BP—1は、チタン以外にも銀 'シリコンへの結合能を有する力 金 'プラチナ'銅 'クロ ム'鉄'すず'亜鉛には結合せず、高い結合特異性が見られる。また TBP— 1は、銀 あるいはシリカのバイオミネラリゼ一シヨン能を有しており、やはり多機能ペプチドであ ることが示されている（例えば、非特許文献 4参照)。 [0005] これら無機材料結合ペプチドを利用して、ナノスケールの機能性分子配置制御技 術の確立に向けた取り組みがなされている。主に次のふたつの方法について研究さ れている。ひとつは無機材料結合ペプチドが持つ結合特異性を利用した、「ダイレク トパターンニング」と呼ばれる基盤を複数種の無機材料で修飾を施し、特定の無機材 料修飾部位だけに目的の機能性分子を 2次元に配置させる方法である。ふたつ目は 、周期構造あるいは規則的な構造を持つ分子足場に無機材料結合ペプチドを共役 させることで、無機材料結合ペプチドをパターンィ匕する。この足場上で機能性分子の 「バイオミネラリゼーシヨン」反応を起こすことで、機能性分子を配置制御するという方 法である。これら両者とも盛んに研究されている。
[0006] 一方、フェリチンタンパク質は、「必須の金属である力 毒性も同時に備えもつ『鉄』 原子」を生体内で貯蔵するタンパク質として、古くから知られている。フェリチンあるい はフェリチン様タンパク質は動 '植物からバクテリアまで普遍的に存在していて、生体 あるいは細胞中の鉄元素のホメォスタシスに深く関わっている。ヒトゃゥマなどの高等 真核生物のフェリチンは、分子量約 20kDaのペプチド鎖が直径約 12nmの 24量体 からなる球核状構造を形成し、内部に 7— 8nmの空間を持つ。この内部空間に、ナノ 粒子状の酸ィ匕鉄のかたまりとして鉄分子を貯蔵している。タンパク質球殻 (ケージ)を 構成する 24個のサブユニットには 2種類のタイプ (Hタイプ、 Lタイプ）があり、その組 成比は生物種、組織により異なっている。
[0007] 天然には鉄のナノ粒子を内部に貯蔵するフェリチンである力 しかしながら人工的 には、鉄以外にも、ベリリウム、ガリウム、マンガン、リン、ウラン、鉛、コバルト、 -ッケ ル、クロムなどの酸化物、また、セレン化カドミウム、硫化亜鉛、硫化鉄、硫ィ匕力ドミゥ ムなどの半導体'磁性体などのナノ粒子を貯蔵できることが示されており、半導体材 料工学分野や保険医療分野での応用研究が盛んにおこなわれている。
[0008] また、デンドリマーは、単一の分岐単量体単位から段階的に合成された 3次元巨大 分子であり、その性質と機能性は、容易に制御でき、また変更できることが知られてい る。デンドリマーは、多機能コアに対して (合成への発散型アプローチ）、又は、多機 能コアに向かって (合成への収束型アプローチ）、ビルディング 'ブロック（基礎単位） を反復付加することで合成され、ビルディング ·ブロックの 3次元シェルが付加する度 に、高位世代のデンドリマーが形成される。デンドリマーは、世代が進むごとに表面 の官能基密度が高くなり、物性を大きく支配するようになることも知られている。例え ば、末端の官能基にカルボキシル基など親水性のものを組み込めば、デンドリマー は水溶性になる。分子表面は親水性である一方で、デンドリマーの内部を疎水性に 設計することもできる。三次元構造で内部にゲスト分子を保持できるスペースがあるこ とから、難水溶性薬物を取り込むことが可能となる。さらに、末端の官能基がアミノ基 である PAMAM (ポリアミドアミン）デンドリマーは、 pHのような外部の環境に応答し て、末端のァミノ基がプロトン化され、デンドリマー分子全体が正電荷を帯びて体積 が大きくなることが知られて 、る。
[0009] また一般に、スターポリマーは、 3本以上のアームとなるポリマー鎖力 そのアーム の中心であるコアで連結したポリマーと定義され、その中心となるコアは、多官能のポ リハロゲンィ匕合物や多官能モノマーの架橋重合体が使用されている。また、アームが
10本以上の多分枝のスターポリマー（マルチアームスターポリマー）は、ジビュルべ ンゼンの架橋体をコアとして、モノ力ルバ-オンのポリマー鎖を、ジビュルベンゼンで 架橋する方法が行われている。スターポリマーの製法としては、ァ-オンリビングポリ マーを多官能カップリング剤によりカップリングして製造する方法 (アームファースト法 )と、あらかじめ多官能開始種を合成して、そこ力も腕を伸ばす方法 (コアファースト法 )が一般的であり、アームとなるポリマー鎖の重合反応と、そのポリマー鎖を中心とな るべきコアに複数連結させる反応とは、 2段階に分けて別々に行われている。
[0010] 特許文献 1：特願 2003— 282509号公報
特許文献 2：特願 2004— 374093号公報
非特許文献 l : Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 8651〜， 1992
非特許文献 2 : Nature, 405:665", 2000
非特許文献 3 : Sano K., and Shiba K. A hexapeptide motif that electrostatically bin ds to the surface of titanium" J Am Chem Soc. 125, 14234—5 (2003)
非特許文献 4 : Langmuir, 21 (7), 3090 -3095, 2005.
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0011] 先端技術分野の中で最も大きな注目を集めて 、るバイオテクノロジーとナノテクノロ ジ一は、互いに密接な関係にあり、この両者を融合したバイオナノテクノロジ一は、 2 1世紀社会に不可欠な新 、基盤技術として注目されて 、る。かかるバイオナノテク ノロジ一の様々な分野での応用利用を考える場合、ボトムアップ型の自己組織化を 利用した三次元分子配置技術が必要となる。本発明の課題は、無機材料結合ぺプ チドがもつ多機能性、すなわち特定の無機材料に特異的に結合する能力とバイオミ ネラリゼーシヨン能の両方を利用することで、無機材料結合ペプチドを融合'結合した タンパク質，ウィルス，ブロック共重合体等をボトムアップ型でナノスケールの三次元 分子配置を可能とした機能性材料の三次元構造体や、厚み方向の分子配置を制御 することによりナノスケールで制御された薄膜を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0012] 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究し、ゥマ脾臓由来 Lフェリチン 分子のァミノ末端をコードする cDNAに、配列番号 1に示されるアミノ酸配列 RKLPD A力 なる無機材料結合ペプチドをコードする DNAを融合させ、大腸菌を利用して、 無機材料結合ペプチド融合フェリチンタンパク質を発現させ、この融合フェリチンタン ノ ク質を精製し、得られた融合フェリチンタンパク質をモデル系として、この融合フェリ チンタンパク質における無機材料結合ペプチドのノィォミネラリゼーシヨン能を利用し て、無機材料単層薄膜や、機能性材料の三次元構造体を製造しうることを見いだし、 本発明を完成するに至った。
[0013] すなわち本発明は、（1)無機基板表面に、複数の同一又は異なる無機材料結合べ プチドを表面に提示する集合体を導入し、前記集合体を無機基板上に単層結合さ せ、単層結合した前記集合体に、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一 シヨン反応の基質あるいは前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリ ゼーシヨン能を利用してバイオミネラル層を形成することを特徴とする無機材料単層 薄膜の製造方法や、（2)無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにしたファ ージ提示法により人工的に取得されたペプチドであることを特徴とする上記（1)記載 の無機材料単層薄膜の製造方法や、（3)無機材料結合ペプチドが、無機材料をタ 一ゲットにした細胞表層提示法により人工的に取得されたペプチドであることを特徴 とする上記（1)記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、（4)無機材料結合ペプチド 力 RKLPDA (配列番号 1)又は RKLPDAPGMHTW (配列番号 2)であることを特 徴とする上記 (2)又は (3)記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、 (5)無機材料結 合ペプチドが、自然界に存在するアミノ酸配列力 なるペプチドであることを特徴とす る上記（1)記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、 (6)自然界に存在するアミノ酸 配列からなるペプチドが、珪藻タンパク質に由来するペプチドであることを特徴とする 上記 (5)記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、 (7)自然界に存在するアミノ酸配 列からなるペプチドが、自然界に存在するバイオミネラリゼ一シヨンに関係したタンパ ク質に由来するペプチドであることを特徴とする上記 (5)記載の無機材料単層薄膜 の製造方法や、（8)集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを融合 した融合タンパク質複合体であることを特徴とする上記（1)〜（7)の 、ずれか記載の 無機材料単層薄膜の製造方法や、（9)融合タンパク質複合体が、多量体タンパク質 複合体であることを特徴とする上記 (8)記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、 (1 0)融合タンパク質複合体が、コア'シェル構造を有するタンパク質複合体であることを 特徴とする上記 (8)又は (9)記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、 (11)融合タ ンパク質複合体が、高等真核生物由来のフェリチンタンパク質複合体であることを特 徴とする上記 (8)記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、 (12)融合タンパク質複 合体が、細菌に由来する鉄貯蔵タンパク質複合体であることを特徴とする上記 (8)記 載の無機材料単層薄膜の製造方法や、（13)融合タンパク質複合体が、ウィルス粒 子又はウィルス外殻タンパク質複合体であることを特徴とする上記 (8)記載の無機材 料単層薄膜の製造方法や、（14)集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合 ペプチドを結合したィ匕学修飾タンパク質であることを特徴とする上記（1)〜（7)の ヽ ずれか記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、（15)集合体が、複数の同一又は 異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物であることを特徴とする 上記（1)〜（7)のいずれか記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、（16)複数の同 一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、疎水性ブロッ クと、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した親水性ブロックとのブ ロック共重合体であることを特徴とする上記（15)記載の無機材料単層薄膜の製造方 法や、（17)複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化 合物が、枝分かれの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合し たデンドリマー、又は、アームの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合べプチ ドを結合したスターポリマーであることを特徴とする上記（15)記載の無機材料単層薄 膜の製造方法や、（18)バイオミネラル層が、シリカ又はシリカ含有分子の単層である ことを特徴とする上記（1)〜（17)の 、ずれか記載の無機材料単層薄膜の製造方法 や、（19)バイオミネラル層力 酸ィ匕チタンの単層であることを特徴とする上記（1)〜（ 17)のいずれか記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、（20)酸化チタンが光触媒 能を有することを特徴とする上記（19)記載の無機材料単層薄膜の製造方法に関す る。
また本発明は、（21)無機基板表面に単層結合した、複数の同一又は異なる無機 材料結合ペプチドを表面に提示する集合体を介して、前記無機材料結合ペプチド のバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質あるいは前駆体が、無機材料結合ペプチドの バイオミネラリゼ一シヨン能によりバイオミネラル層として形成されていることを特徴と する無機材料単層薄膜や、（22)無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットに したファージ提示法により人工的に取得されたペプチドであることを特徴とする上記（ 21)記載の無機材料単層薄膜や、（23)無機材料結合ペプチドが、無機材料をター ゲットにした細胞表層提示法により人工的に取得されたペプチドであることを特徴と する上記 (21)記載の無機材料単層薄膜や、（24)無機材料結合ペプチドが、 RKL PDA (配列番号 1)又は RKLPDAPGMHTW (配列番号 2)であることを特徴とする 上記 (22)又は (23)記載の無機材料単層薄膜や、 (25)無機材料結合ペプチドが、 自然界に存在するアミノ酸配列力 なるペプチドであることを特徴とする上記（21)記 載の無機材料単層薄膜や、 (26)自然界に存在するアミノ酸配列からなるペプチドが 、珪藻タンパク質に由来するペプチドであることを特徴とする上記（25)記載の無機 材料単層薄膜や、（27)自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドが、自然界 に存在するノィォミネラリゼーシヨンに関係したタンパク質に由来するペプチドである ことを特徴とする上記 (25)記載の無機材料単層薄膜や、（28)集合体が、複数の同 一又は異なる無機材料結合ペプチドを融合した融合タンパク質複合体であることを 特徴とする上記 (21)〜（27)の ヽずれか記載の無機材料単層薄膜や、 (29)融合タ ンパク質複合体が、多量体タンパク質複合体であることを特徴とする上記 (28)記載 の無機材料単層薄膜や、（30)融合タンパク質複合体が、コア'シェル構造を有する タンパク質複合体であることを特徴とする上記 (28)又は（29)記載の無機材料単層 薄膜や、（31)融合タンパク質複合体が、高等真核生物由来のフェリチンタンパク質 複合体であることを特徴とする上記 (28)記載の無機材料単層薄膜や、 (32)融合タ ンパク質複合体が、細菌に由来する鉄貯蔵タンパク質複合体であることを特徴とする 上記 (28)記載の無機材料単層薄膜や、（33)融合タンパク質複合体が、ウィルス粒 子又はウィルス外殻タンパク質複合体であることを特徴とする上記（28)記載の無機 材料単層薄膜や、（34)集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを 結合した化学修飾タンパク質であることを特徴とする上記（21)〜（27)の 、ずれか記 載の無機材料単層薄膜や、（35)集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合 ペプチドを結合した有機高分子化合物であることを特徴とする上記（21)〜（27)の V、ずれか記載の無機材料単層薄膜や、 (36)複数の同一又は異なる無機材料結合 ペプチドを結合した有機高分子化合物が、疎水性ブロックと、複数の同一又は異なる 無機材料結合ペプチドを結合した親水性ブロックとのブロック共重合体であることを 特徴とする上記 (35)記載の無機材料単層薄膜や、（37)複数の同一又は異なる無 機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、枝分かれの先端に複数の同 一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したデンドリマー、又は、アームの先端に 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したスターポリマーであることを 特徴とする上記（35)記載の無機材料単層薄膜や、（38)バイオミネラル層が、シリカ 又はシリカ含有分子の単層であることを特徴とする上記（21)〜（37)の 、ずれか記 載の無機材料単層薄膜や、（39)バイオミネラル層が、酸ィ匕チタンの単層であることを 特徴とする上記（21)〜（37)の 、ずれか記載の無機材料単層薄膜や、 (40)酸ィ匕チ タンが光触媒能を有することを特徴とする上記 (39)記載の無機材料単層薄膜に関 する。
また本発明は、（41)無機基板表面に、複数の同一又は異なる無機材料結合ぺプ チドを表面に提示する集合体を導入し、前記集合体を無機基板上に単層結合させ、 単層結合した前記集合体に、前記無機材料結合ペプチドのノィォミネラリゼーシヨン 反応の基質ある 、は前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シ ヨン能を利用してバイオミネラル層を形成し、次 、で (a)形成したバイオミネラル層表 面に、該バイオミネラル層に結合能を有する前記集合体を導入し、バイオミネラル層 に対する無機材料結合ペプチドの結合能を利用して、前記集合体をバイオミネラル 層上に単層結合させ、（b)単層結合した前記集合体表面に、前記無機材料結合べ プチドのバイオミネラリゼーシヨン反応の基質ある 1、は前駆体を導入し、無機材料結 合ペプチドのバイオミネラリゼーシヨン能を利用してバイオミネラル層を形成する、多 層化操作 (a)及び (b)を、 1若しくは複数回繰り返すことを特徴とする機能性材料の 三次元構造体の製造方法や、（42)無機基板表面に、複数の同一又は異なる無機 材料結合ペプチドを表面に提示する集合体を導入し、前記集合体を無機基板上に 単層結合させ、単層結合した前記集合体に、前記無機材料結合ペプチドのバイオミ ネラリゼーシヨン反応の基質あるいは前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのバイ ォミネラリゼ一シヨン能を利用してバイオミネラル層を形成し、次 、で形成したノィォミ ネラル層表面に、該バイオミネラル層に結合能を有する前記集合体を導入し、バイオ ミネラル層に対する無機材料結合ペプチドの結合能を利用して、無機ナノ粒子を担 持した前記集合体をバイオミネラル層上に単層結合させ、さらに必要に応じて、 (b) 単層結合した前記集合体表面に、前記無機材料結合ペプチドのノィォミネラリゼ一 シヨン反応の基質あるいは前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリ ゼーシヨン能を利用してバイオミネラル層を形成し、 (a)形成したバイオミネラル層表 面に、該バイオミネラル層に結合能を有する無機ナノ粒子を担持した前記集合体を 導入し、ノィォミネラル層に対する無機材料結合ペプチドの結合能を利用して、前記 集合体をバイオミネラル層上に単層結合させる、多層化操作 (b)及び (a)を、 1若しく は複数回繰り返すことを特徴とする機能性材料の三次元構造体の製造方法や、 (43 )無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにしたファージ提示法により人工 的に取得されたペプチドであることを特徴とする上記 (41)又は (42)記載の機能性 材料の三次元構造体の製造方法や、（44)無機材料結合ペプチドが、無機材料をタ 一ゲットにした細胞表層提示法により人工的に取得されたペプチドであることを特徴 とする上記 (41)又は (42)記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法や、 (45) 無機材料結合ペプチドが、 RKLPDA (配列番号 1)又は RKLPDAPGMHTW (配 列番号 2)であることを特徴とする上記 (43)又は (44)記載の機能性材料の三次元構 造体の製造方法や、（46)無機材料結合ペプチドが、自然界に存在するアミノ酸配 列からなるペプチドであることを特徴とする上記 (41)又は (42)記載の機能性材料の 三次元構造体の製造方法や、 (47)自然界に存在するアミノ酸配列からなるペプチド が、珪藻タンパク質に由来するペプチドであることを特徴とする上記 (46)記載の機能 性材料の三次元構造体の製造方法や、 (48)自然界に存在するアミノ酸配列からな るペプチドが、自然界に存在するバイオミネラリゼ一シヨンに関係したタンパク質に由 来するペプチドであることを特徴とする上記 (46)記載の機能性材料の三次元構造 体の製造方法や、（49)集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを 融合した融合タンパク質複合体であることを特徴とする上記 (41)〜 (48)の 、ずれか 記載の三次元構造体の製造方法や、（50)融合タンパク質複合体が、多量体タンパ ク質複合体であることを特徴とする上記 (49)記載の機能性材料の三次元構造体の 製造方法や、（51)融合タンパク質複合体が、コア'シェル構造を有するタンパク質複 合体であることを特徴とする上記 (49)又は（50)記載の機能性材料の三次元構造体 の製造方法や、（52)融合タンパク質複合体が、高等真核生物由来のフェリチンタン パク質複合体であることを特徴とする上記 (49)記載の機能性材料の三次元構造体 の製造方法や、（53)融合タンパク質複合体が、細菌に由来する鉄貯蔵タンパク質複 合体であることを特徴とする上記 (49)記載の無機材料単層薄膜の製造方法や、 (5 4)融合タンパク質複合体が、ウィルス粒子又はウィルス外殻タンパク質複合体である ことを特徴とする上記 (49)記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法や、 (55) 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した化学修飾タン パク質であることを特徴とする上記 (41)〜 (48)の 、ずれか記載の機能性材料の三 次元構造体の製造方法や、（56)集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合 ペプチドを結合した有機高分子化合物であることを特徴とする上記 (41)〜 (48)の V、ずれか記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法や、 (57)複数の同一又は 異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、疎水性ブロックと、 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した親水性ブロックとのブロック 共重合体であることを特徴とする上記 (56)記載の機能性材料の三次元構造体の製 造方法や、（58)複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分 子化合物が、枝分かれの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結 合したデンドリマー、又は、アームの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合べ プチドを結合したスターポリマーであることを特徴とする上記（56)記載の機能性材料 の三次元構造体の製造方法や、（59)機能性材料が、シリカ又はシリカ含有分子の 薄膜であることを特徴とする上記 (41)〜（58)の 、ずれか記載の機能性材料の三次 元構造体の製造方法や、（60)機能性材料が、酸化チタン薄膜であることを特徴とす る上記 (41)〜（58)の 、ずれか記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法や、 (61)酸化チタンが光触媒能を有することを特徴とする上記 (60)記載の機能性材料 の三次元構造体の製造方法や、（62)機能性材料が、半導体材料又は半導体ナノ 粒子であることを特徴とする上記 (41)〜（58)の 、ずれか記載の機能性材料の三次 元構造体の製造方法や、（63)機能性材料が、酸化金属材料又は酸化金属ナノ粒 子であることを特徴とする上記 (41)〜（58)の 、ずれか記載の機能性材料の三次元 構造体の製造方法や、（64)機能性材料が、塩化金属材料又は塩化金属ナノ粒子 であることを特徴とする上記 (41)〜（58)の 、ずれか記載の機能性材料の三次元構 造体の製造方法や、（65)三次元構造体が、配置制御三次元構造体又は多層薄膜 三次元構造体であることを特徴とする上記 (41)〜（64)の 、ずれか記載の機能性材 料の三次元構造体の製造方法に関する。
さらに本発明は、（66)無機基板表面に単層結合した、複数の同一又は異なる無機 材料結合ペプチドを表面に提示する集合体を介して、前記無機材料結合ペプチド のバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質あるいは前駆体が、無機材料結合ペプチドの ノィォミネラリゼーシヨン能によりバイオミネラル層として形成され、さらに (a)形成され たバイオミネラル層表面に単層結合した前記集合体を介して、 (b)前記無機材料結 合ペプチドのバイオミネラリゼーシヨン反応の基質ある 、は前駆体が、無機材料結合 ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン能によりバイオミネラル層として形成されている、 多層化構造 (a)及び (b)が、 1若しくは複数回繰り返されて 、ることを特徴とする機能 性材料の三次元構造体や、（67)無機基板表面に単層結合した、複数の同一又は 異なる無機材料結合ペプチドを表面に提示する集合体を介して、前記無機材料結 合ペプチドのバイオミネラリゼーシヨン反応の基質ある 、は前駆体が、無機材料結合 ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン能によりバイオミネラル層として形成され、この形 成されたバイオミネラル層表面に無機ナノ粒子を担持した前記集合体が単層結合さ れ、さらに必要に応じて、（b)結合された集合体を介して、前記無機材料結合べプチ ドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質あるいは前駆体が、無機材料結合ペプチド のバイオミネラリゼ一シヨン能によりバイオミネラル層として形成され、（a)この形成され たバイオミネラル層表面に無機ナノ粒子を担持した前記集合体が単層結合されてい る、多層化構造 (b)及び (a)が、 1若しくは複数回繰り返されていることを特徴とする 機能性材料の三次元構造体や、（68)無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲ ットにしたファージ提示法により人工的に取得されたペプチドであることを特徴とする 上記 (66)又は (67)記載の機能性材料の三次元構造体や、 (69)無機材料結合べ プチドが、無機材料をターゲットにした細胞表層提示法により人工的に取得されたべ プチドであることを特徴とする上記 (66)又は (67)記載の機能性材料の三次元構造 体や、（70)無機材料結合ペプチドが、 RKLPDA (配列番号 1)又は RKLPDAPG MHTW (配列番号 2)であることを特徴とする上記（68)又は（69)記載の機能性材 料の三次元構造体や、（71)無機材料結合ペプチドが、自然界に存在するアミノ酸 配列からなるペプチドであることを特徴とする上記（66)又は（67)記載の機能性材料 の三次元構造体や、 (72)自然界に存在するアミノ酸配列からなるペプチドが、珪藻 タンパク質に由来するペプチドであることを特徴とする上記 (71)記載の機能性材料 の三次元構造体や、（73)自然界に存在するアミノ酸配列からなるペプチドが、自然 界に存在するノィォミネラリゼーシヨンに関係したタンパク質に由来するペプチドであ ることを特徴とする上記 (71)記載の機能性材料の三次元構造体や、（74)集合体が 、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを融合した融合タンパク質複合体で あることを特徴とする上記（66)〜（73)の 、ずれか記載の三次元構造体や、 (75)融 合タンパク質複合体が、多量体タンパク質複合体であることを特徴とする上記 (74) 記載の機能性材料の三次元構造体や、（76)融合タンパク質複合体が、コア'シェル 構造を有するタンパク質複合体であることを特徴とする上記 (74)又は (75)記載の機 能性材料の三次元構造体や、（77)融合タンパク質複合体が、高等真核生物由来の フェリチンタンパク質複合体であることを特徴とする上記 (74)記載の機能性材料の 三次元構造体や、（78)融合タンパク質複合体が、細菌に由来する鉄貯蔵タンパク 質複合体であることを特徴とする上記 (74)記載の機能性材料の三次元構造体や、 ( 79)融合タンパク質複合体が、ウィルス粒子又はウィルス外殻タンパク質複合体であ ることを特徴とする上記 (74)記載の機能性材料の三次元構造体や、（80)集合体が 、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したィ匕学修飾タンパク質であ ることを特徴とする上記 (66)〜（73)の ヽずれか記載の機能性材料の三次元構造体 や、（81)集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機 高分子化合物であることを特徴とする上記 (66)〜（73)の 、ずれか記載の機能性材 料の三次元構造体や、（82)複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合し た有機高分子化合物が、疎水性ブロックと、複数の同一又は異なる無機材料結合べ プチドを結合した親水性ブロックとのブロック共重合体であることを特徴とする上記（8 1)記載の機能性材料の三次元構造体や、（83)複数の同一又は異なる無機材料結 合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、枝分かれの先端に複数の同一又は異 なる無機材料結合ペプチドを結合したデンドリマー、又は、アームの先端に複数の同 一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したスターポリマーであることを特徴とす る上記 (82)記載の機能性材料の三次元構造体や、（84)機能性材料が、シリカ又は シリカ含有分子の薄膜であることを特徴とする上記（66)〜（83)の 、ずれか記載の 機能性材料の三次元構造体や、（85)機能性材料が、酸ィ匕チタン薄膜であることを 特徴とする上記（66)〜（83)の ヽずれか記載の機能性材料の三次元構造体や、 (8 6)酸化チタンが光触媒能を有することを特徴とする上記 (85)記載の機能性材料の 三次元構造体や、（87)機能性材料が、半導体材料又は半導体ナノ粒子であること を特徴とする上記 (66)〜（83)の 、ずれか記載の機能性材料の三次元構造体や、 ( 88)機能性材料が、酸ィ匕金属材料又は酸ィ匕金属ナノ粒子であることを特徴とする上 記 (66)〜 (83)の 、ずれか記載の機能性材料の三次元構造体や、 (89)機能性材 料が、塩化金属材料又は塩化金属ナノ粒子であることを特徴とする上記 (66)〜（83 )のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体や、（90)三次元構造体が、配置制 御三次元構造体又は多層薄膜三次元構造体であることを特徴とする上記 (66)〜（8 9)の 、ずれか記載の機能性材料の三次元構造体に関する。
図面の簡単な説明
[図 l]minTl— LFを利用したナノ粒子の三次元配置制御法の模式図を示す。
[図 2]チタンコート QCMセンサー上への minTl— LF三次元配置制御を示す図であ る。最初に minTl—LFを繰り返し添カ卩してもチタンセンサー表面の重量変化が見ら れない。このことは、従来法では minTl— LFはチタンセンサー上で単層膜しか形成 できないことを表している。し力し、 minTl— LFが持つ minTBP— 1配列の持つ、シ リカ形成能力を利用することで、 minTl— LFの三次元配置に成功した。
[図 3]金コート QCMセンサー上への minTl— LF三次元配置制御を示す図である。 一層目の minTl— LFの吸着様式が、非特異的吸着 (物理吸着)であっても三次元 配置制御法が機能することをこの図は示している。一般に、界面活性剤などの非特 異的吸着抑制剤の非存在下でフ リチンは、非特異的吸着により単層膜を形成する ことが知られている。
[図 4]LF0を用いた対照実験の結果を示す図である。 minTBP— 1配列を持たな 、フ リチンは、非特異的吸着により金基板上に単層膜を形成するが、無機材料結合べ プチドのもつ多機能性を有しな 、ことから、三次元配置ができな 、。
[図 5]minTl— LFの内部空間におけるナノ粒子形成を示す図である。 minTl—LF の内部空間に、（左から)酸化鉄ナノ粒子 ·酸ィ匕コバルトナノ粒子 ·セレン化カドミウム ナノ粒子を形成させた時の溶液の様子。溶液の色カゝら minTl—LFの内部空間にそ れぞれのナノ粒子が形成されたことが分かる。
[図 6]minTl—LFを介した酸ィ匕鉄ナノ粒子の三次元配置制御を示す図である。
[図 7]minTl— LFを介したナノ粒子の三次元配置制御を示す図である。酸化鉄、酸 化コバルト、セレンィ匕カドミウムを内包した minTl—LFを順に積層することで、異なる ナノ粒子を三次元に配置制御することができた。
[図 8]minTl— LFを介したナノ粒子の三次元配置制御を示す図である。酸化鉄、セ レン化カドミウム、酸ィ匕コバルトを内包した minTl— LFを順に積層することで、異なる ナノ粒子を三次元配置制御することができた。
[図 9]minTl— LFを介して配列したナノ粒子の三次元配置 1を示す図である。断面 試料の透過型電子顕微鏡像 (右)および元素マッピング (左)から、本三次元配置制 御法が有効に機能していることが示された。
[図 10]minTl— LFを介して配列したナノ粒子の三次元配置 2を示す図である。断面 試料の透過型電子顕微鏡像 (右)および元素マッピング (左)から、本三次元配置制 御法が有効に機能していることが示された。
圆 l l]minTl— LFZシリカ薄膜の原子間力顕微鏡像を示す図である。
[図 12]Fe— minTl— LFの三次元配置制御過程の走査型電子顕微鏡像を示す図 である。 A.基板に用いた鏡面研磨チタンの SEM像。研磨傷が見えている。 B. Fe- minTl— LF第一層が形成された時の SEM像。 minTl— LFに相当する粒状構造 が見える。 C.シリカ層形成時の SEM像。 Bで見えた粒状構造ではなぐそれよりも大 きな構造物が見える。 minTl— LFの周囲にシリカ膜が形成されたためと考えられる 。 D. Fe—minTl—LF第ニ層が形成された時のSEM像。再び minTl—LFに相当 する粒状構造が見える。 E.さらにシリカ層形成時の SEM像。再び minTl—LFの周 囲にシリカ膜が形成され生じた構造体が見える。
[図 13]バイオミネラル層が酸ィ匕チタンの場合の minTl— LFを介した三次元配置制 御を示す図である。
[図 14]チタン結合ペプチド (KIS— P1)配列を含む合成ペプチドをィ匕学修飾したフエ リチンタンパク質による三次元配置制御を示す図である。
圆 15]無機材料結合ペプチドをィ匕学修飾したタンパク質等ナノ材料にルシフェラー ゼを付与した場合の三次元配置制御を示す図である。
[図 16]minTBP— 1 PEGZPAMAの内部空間におけるナノ粒子形成を示す図で ある。右上は、 minTBP—l— PEGZPAMAの内部空間に、 minTBP—1— PEG ΖΡΑΜΑ·金ナノ粒子を形成させた時の溶液の様子である。溶液の色カゝら minTBP 1 PEGZPAMAの内部空間にそれぞれのナノ粒子が形成されたことが分かる。 精製した産物の吸光度は、金ナノ粒子の形成を示す 520nm近傍に吸収極大を持つ プロファイルを示し、 minTBP— 1— PEGZPAMAの内部空間にそれぞれのナノ粒 子が形成されたことが分かる。
[図 17]minTBP— 1 PEGZPAMAの動的光散乱の計測結果を示す図である。 mi nTBP 1 PEGZPAMA ·金ナノ粒子のコアシェル構造体の平均粒系は 54. 5n mであると予想される。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 本発明の無機材料単層薄膜の製造方法としては、無機基板表面に、複数の同一 又は異なる無機材料結合ペプチドを表面に提示する集合体を導入し、前記集合体 を無機基板上に単層結合させ、単層結合した前記集合体に、前記無機材料結合べ プチドのバイオミネラリゼーシヨン反応の基質ある 1、は前駆体を導入し、無機材料結 合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン能を利用してバイオミネラル層を形成する方法 であれば特に制限されるものではなぐまた、本発明の無機材料単層薄膜としては、 無機基板表面に単層結合した、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表 面に提示する集合体を介して、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーショ ン反応の基質あるいは前駆体が、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン 能によりバイオミネラル層として形成されている単層薄膜であれば特に制限されるも のではない。
[0019] また、本発明の機能性材料の三次元構造体の製造方法としては、無機基板表面に 、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表面に提示する集合体を導入し、 前記集合体を無機基板上に単層結合させ、単層結合した前記集合体に、前記無機 材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーシヨン反応の基質あるいは前駆体を導入し、 無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーシヨン能を利用してバイオミネラル層を形 成し、次いで (a)形成したバイオミネラル層表面に、該バイオミネラル層に結合能を有 する前記集合体を導入し、バイオミネラル層に対する無機材料結合ペプチドの結合 能を利用して、前記集合体をバイオミネラル層上に単層結合させ、（b)単層結合した 前記集合体表面に、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の 基質あるいは前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン能 を利用してバイオミネラル層を形成する、多層化操作 (a)及び (b)を、 1若しくは複数 回繰り返す方法や、無機基板表面に、複数の同一又は異なる無機材料結合べプチ ドを表面に提示する集合体を導入し、前記集合体を無機基板上に単層結合させ、単 層結合した前記集合体に、前記無機材料結合ペプチドのノィォミネラリゼ一シヨン反 応の基質ある 、は前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーショ ン能を利用してバイオミネラル層を形成し、次 、で形成したバイオミネラル層表面に、 該バイオミネラル層に結合能を有する前記集合体を導入し、バイオミネラル層に対す る無機材料結合ペプチドの結合能を利用して、無機ナノ粒子を担持した前記集合体 をバイオミネラル層上に単層結合させ、さらに必要に応じて、（b)単層結合した前記 集合体表面に、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質あ るいは前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーシヨン能を利用 してバイオミネラル層を形成し、（a)形成したノィォミネラル層表面に、該バイオミネラ ル層に結合能を有する無機ナノ粒子を担持した前記集合体を導入し、バイオミネラ ル層に対する無機材料結合ペプチドの結合能を利用して、前記集合体をバイオミネ ラル層上に単層結合させる、多層化操作 (b)及び (a)を、 1若しくは複数回繰り返すこ とを特徴とする機能性材料の三次元構造体の製造方法であれば特に制限されるもの ではない。
さらに、本発明の機能性材料の三次元構造体としては、無機基板表面に単層結合 した、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表面に提示する集合体を介し て、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質あるいは前駆 体力 無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン能によりバイオミネラル層とし て形成され、さらに (a)形成されたバイオミネラル層表面に単層結合した前記集合体 を介して、 (b)前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質ある いは前駆体が、無機材料結合ペプチドのノィォミネラリゼーシヨン能によりバイオミネ ラル層として形成されている、多層化構造 (a)及び (b)が、 1若しくは複数回繰り返さ れている構造体や、無機基板表面に単層結合した、複数の同一又は異なる無機材 料結合ペプチドを表面に提示する集合体を介して、前記無機材料結合ペプチドのバ ィォミネラリゼーシヨン反応の基質ある 、は前駆体が、無機材料結合ペプチドのノ ィ ォミネラリゼーシヨン能によりバイオミネラル層として形成され、この形成されたバイオミ ネラル層表面に無機ナノ粒子を担持した前記集合体が単層結合され、さらに必要に 応じて、（b)結合された集合体を介して、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリ ゼーシヨン反応の基質あるいは前駆体が、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ ーシヨン能によりバイオミネラル層として形成され、（a)この形成されたバイオミネラル 層表面に無機ナノ粒子を担持した前記集合体が単層結合されている、多層化構造（ b)及び (a)力 1若しくは複数回繰り返されて 、ることを特徴とする機能性材料の三 次元構造体であれば特に制限されるものではない。
[0021] 上記無機基板としては、例えばチタン、金、銀、銅、ケィ素、アルミ、ステンレス等の 金属、セラミック、アルミナ、ガラス、石英、雲母、シリコン等の無機材料力 構成され る基板を挙げることがでさる。
[0022] 本発明における無機材料結合ペプチドとしては、無機材料をターゲットにしたファ ージ提示法により人工的に取得されたペプチドや、無機材料をターゲットにした細胞 表層提示法により人工的に取得されたペプチドや、自然界に存在するアミノ酸配列 力もなるペプチドを挙げることができる。上記無機材料としては、無機元素 (Ti, Si, F e, Co, Zn, Ni, As, Ag, Pt, Pd, Au, Al, Mn, W, Ge, P, Cなど）や無機ィ匕合物 (TiO , GaAs, CaCO , SiO , ZnS, Fe O , Cr O , PbO , CoO, MnO ,ゼオラ
2 3 2 2 3 2 3 2 2 イトなど)を具体的に例示することができる。
[0023] 例えば、チタンに結合能を有するペプチドをファージ提示法により人工的に取得す る方法としては、チタンに、異なったペプチド配列をファージ粒子上に提示 (ディスプ レイ）したファージ集団（ファージライブラリー）を接触、好ましくは水溶液中で接触さ せ、ファージ粒子がペプチド配列を介して結合したチタンを遠心操作により回収し、 得られたチタンに結合したファージ粒子を大腸菌等の菌体中で増殖させ、次いで、 増殖させたペプチド配列をファージ粒子上に提示したファージ集団をチタンに接触さ せるバニング操作を繰り返すことにより、チタンに結合するファージクローンを濃縮す る方法を挙げることができる。上記チタンとしては、粒子状、板状等の金属チタン、チ タン合金、二酸ィ匕チタンなどのチタンを用いることができる。また、上記ファージライブ ラリーは、化学合成したランダム DNAをファージ DNA (ファージミド）に挿入し、宿主 大腸菌に遺伝子導入することでファージウィルスを形成する分子が生合成され、ウイ ルス粒子の外殻タンパク質 pillの N末端の先にランダムペプチドが発現され、ランダ ム化した部分のアミノ酸残基（一 Χη—, X=any amino acid)を表層に提示する ファージとして調製することもできる力 市販されているファージライブラリー (random 7 mer, 12 mer, cyclic 7 merなど）を用いることもできる。
[0024] このようにして得られる、チタンに結合能を有するペプチドとして、 RKLPDA (配列 番号 1)、 RKLPDAPGMHTW (配列番号 2)、 RALPDA (配列番号 3)等を具体的 に挙げることができる。また、チタンとしては、金属チタン、チタン合金、不定形二酸化 チタン、二酸化チタンアナターゼ結晶、二酸ィ匕チタンルチル結晶、二酸化チタンブル カイト結晶を例示することができる。また、ナノ黒鉛構造体に結合能を有するペプチド として、 DYFSSPYYEQLF (配列番号 4)や YDPFHII (配列番号 5)を具体的に挙 げることができる。
[0025] また、文献 [(Whaley et al, 2000) Whaley, S. R., English, D. S., Hu, E. L., Barbara , P. F., and Belcher, A. M. (2000). Selection of peptides with semiconductor binding specincity for directed nanocrystal assembly. Nature 405, 665—668.]に記載されて いるように、 GaAsに結合能を有するペプチドとして、 AQNPSDNNTHTH (配列番 号 6)、 RLELAIPLQGSG (配列番号 7)、 TPPRPIQYNHTS (配列番号 8)を挙げ ることができ、また、文献 [Gaskin, D. J. H.， Starck, K., and Vulfson, E. N. (2000). Id entification of inorganic crystal-specific sequences using phage display combinatorial library of short peptides: A feasibilitystudy. Biotech Lett 22, 1211—1216.]に記載さ れているように、 CaCOに結合能を有するペプチドとして、 HTQNMRMYEPWF (
3
配列番号 9)、 DVFSSFNLKHMR (配列番号 10)を挙げることができ、文献 [Naik, R. R., Stringer, S. J., Agarwal, u., Jones, ¾. E., ana Stone, M. O. (2002b). Biomime tic synthesis and patterning of silver nanoparticles. Nat Mater 1, 169—172.]【こ己載 されているように、 Agに結合能を有するペプチドとして、 AYSSGAPPMPPF (配列 番号 11)、 NPSSLFRYLPSD (配列番号 12)、 SLATQPPRTPPV (配列番号 13) を挙げることができる。
[0026] また、文献 [Naik, R. R., Brott, L. L.， Clarson, S. J., and Stone, M. O. (2002a). Sili ca— precipitating peptides isolated from a combinatorial phage display peptide library. J Nanosci Nanotechnol 2, 95- 100.]に記載されているように、 SiOに結合能を有す るペプチドとして、 MSPHPHPRHHHT (配列番号 14)、 RGRRRRLSCRLL (配列 番号 15)、 KPSHHHHHTGAN (配列番号 16)を挙げることができ、文献 [Lee, S. W., Mao, C, Flynn,し. E., ana Belcher, A. M. (2002). Ordering of quantum dots us ing genetically engineered viruses, science 29b, 892— 895.]に己載されているように、 ZnSに結合能を有するペプチドとして、 CNNPMHQNC (配列番号 17)を挙げること ¾でさ、文献 [¾arikaya, M., Tamerler,し., Jen, A. K., bchulten, Κ., and Baneyx, F. ( 2003). Molecular biomimetics: nanotechnology through biology. Nat Mater 2, 577-5 85.]に記載されているように、 Ptに結合能を有するペプチドとして、 CDRTSTWRC ( 配列番号 18)、 CQSVRSTKC (配列番号 19)、 CSSSHLNKC (配列番号 20)を挙 げることができ、また Pdに結合能を有するペプチドとして、 CSVTQNKYC (配列番 号 21)、 CSPHPGPYC (配列番号 22)、 CHAPTPMLC (配列番号 23)を挙げるこ とがでさる。
そしてま 7こ、文献 [Brown, S. (1992). Engineered iron oxide— adhesion mutants of th e Escherichia coli phage lambda receptor. Proc Natl Acad bci U S A 89, 8651—8655. ]に記載されているように、 Fe Oに結合能を有するペプチドとして、 RRTVKHHVN
2 3
(配列番号 24)を挙げることができ、文献 [Brown, S. (1997). Metal-recognition by re peating polypeptides. Nat Biotechnol 15, 269- 272.]に記載されているように、 Auに 結合能を有するペプチドとして、 MHGKTQATSGTIQS (配列番号 25)、 LGQSG QSLQGSEKTNG (配列番号 26)、 EKLVRGMEGASLHPA (配列番号 27)を挙 げることができ、文献 [Schembri, M. A., Kjaergaard.K., and Klemm, P. (1999). Bioac cumulation of heavy metals by fimbrial designer adhesins. FEMS Micro Diol Lett 170, 363-371.]に記載されているように、 Cr Oに結合能を有するペプチドとして、 WRP
2 3
KAATN (配列番号 28)、 RIRHRLVGQ (配列番号 29)を挙げることができ、また P bOに結合能を有するペプチドとして、 YPPFHNNDHRS (配列番号 30)、 SKPL
2
ARSSGA (配列番号 31)を挙げることができ、また CoOに結合能を有するペプチド として、 GRMQRRVAH (配列番号 32)、 LGKDRPHFHRS (配列番号 33)を挙げ ることができ、また MnOに結合能を有するペプチドとして、 HHMLRRRNT (配列
2
番号 34)、 HINASQRVA(配列番号35)を挙げることができる。 [0028] さらに、文献 [Kjaergaard, K., Sorensen, J. K. , Schembri, M. A" and Klemm, P. (20 00). Sequestration of zinc oxide by fimbrial designer chelators. Appl EnvironMicrobi ol 66, 10-14.]に記載されているように、 ZnOに結合能を有するペプチドとして、 TRR GTHNKD (配列番号 36)、 NTRMTARQHRSANHKSTQRARS (配列番号 37 )を挙げることができ、文献 [Nygaard, S., Wendelbo, R.， and Brown, S. (2002). Surfac e— specific zeolite-binding proteins. Adv Materl4, 1853— 1856.]に記載されているよつ に、 Zeolitesに結合能を有するペプチドとして、 MDHGKYRQKQATPG (配列番 号 38)、 VKTQATSREEPPRLPSKHRPG (配列番号 39)を挙げることができる。
[0029] このような無機材料に結合能を有するペプチドは、そのアミノ酸配列に従って、一般 的な化学合成法により製造することができる。そして、化学合成法には、通常の液相 法及び固相法によるペプチド合成法が包含される。かかるペプチド合成法は、より詳 しくは、アミノ酸配列情報に基づいて、各アミノ酸を 1個ずつ逐次結合させ鎖を延長さ せて！/、くステップワイズエロゲーシヨン法と、アミノ酸数個力 なるフラグメントを予め合 成し、次いで各フラグメントをカップリング反応させるフラグメント'コンデンセーシヨン 法とを包含する。
[0030] また、無機材料をターゲットにした細胞表層提示法により、無機材料結合ペプチド を人工的に取得する方法としては、文献 [Brown, S. (1992). Engineered iron oxide- a dhesion mutants of the Escherichia coli pnage lambda receptor. Proc Natl Acad ¾ci U SA89, 8651-8655.]記載の方法を具体的に例示することができる。
[0031] 自然界に存在するアミノ酸配列力 なる無機材料結合ペプチドとしては、珪藻タン パク質に由来するペプチドや、自然界に存在するバイオミネラリゼ一シヨンに関係し たタンパク質に由来するペプチド等を挙げることができる。上記珪藻タンパク質として は、 Silicatein Tethya aurantia(Shimizu et al., 1998)や、 Silicatein β Tethya auran tia(Accession No:AAF21819)や、 Silicatein a Halichondria okadai、Accession No: BAB 86343)や、 Silaffin 1 precursor (natSil-1) Cylindrotheca lusiformis(Accession No: Q9 SE35)等を挙げることができ、珪藻タンパク質に由来するペプチドとしては、上記 Silaf fin 1の部分ペプチド R5 (SSKKSGSYSGSKGSKRRIL；配列番号 4)を具体的 に例示することができる。また、上記自然界に存在するバイオミネラリゼ一シヨンに関 係したタンパク質としては、文献 [Bone 34 (6), 921-932 (2004)]記載の骨形成に関与 するラット由来 DMP—1 (dentin matrix protein 1)や、文献 [J. Dent. Res. 81 (11), 73 8-742 (2002)]記載の歯エナメル層形成に関与するヒト由来ェナメリンや、文献 [Natu re 423 (6942), 825-837 (2003)]記載のエナメル層形成に関与するヒト由来 amelogeni n (Y chromosome) precursorなどを挙げることができる。 DMP— 1由来の部分ぺプチ ド、 pA (ESQES；配列番号 40)と pB (QESQSEQDS；配列番号 41)の共存下でァ パタイトのミネラリゼ一シヨンがおこることが報告されている（Nature Materials 2 p552)
[0032] また、上述の無機材料結合ペプチドとして、化学修飾がなされた無機材料結合べ プチドを有利に用いることができる。力かる化学修飾としては、官能基を有するァミノ 酸への置換からなる化学修飾や、リンカ一との結合を容易に形成させるための化学 修飾を挙げることができるが、化学修飾によりチタン等の無機材料への結合能が低 下しない修飾が好ましい。例えば、上記リンカ一との結合を容易に形成させるための 化学修飾としては、ピオチンの N—ハイド口キシサクシイミドエステル体を用いて、ぺ プチドのァミノ基へのピオチンの共有結合を挙げることができる。かかるペプチドのビ ォチンィ匕により、キメラ分子を容易に作製することができる。
[0033] 次ぎに、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表面に提示する集合体と しては、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドと、該ペプチドを融合する、好 ましくは N末端に融合するタンパク質とからなる融合タンパク質複合体や、複数の同 一又は異なる無機材料結合ペプチドと、該ペプチドを結合する、好ましくは共有結合 するタンパク質とからなる化学修飾タンパク質や、複数の同一又は異なる無機材料結 合ペプチドと該ペプチドを結合する、好ましくは共有結合する有機高分子化合物とか らなるペプチド結合有機高分子化合物の他、ピオチン アビジン複合体、抗原タン ノ^質-抗体複合体等を例示することができる。力かる集合体には、金属ナノ粒子， 半導体材料，集光素子，蛍光分子等の無機材料を内包，接合，化学修飾，吸着等 により担持させることができる。
[0034] 上記融合タンパク質複合体としては、多量体タンパク質複合体や、コア ·シェル構造 を有するタンパク質複合体や、高等真核生物由来のフェリチンタンパク質複合体や、 細菌に由来する鉄貯蔵タンパク質複合体や、ウィルス粒子又はウィルス外殻タンパク 質複合体を挙げることができる。多量体タンパク質やコア ·シェル構造を有するタンパ ク質としては、高等真核生物由来のフェリチンやアポフェリチンのようなフェリチンタン パク質ファミリー、細菌に由来する DpsAタンパク質や MrgAタンパク質のような鉄貯 蔵タンパク質、アデノウイルス、ロタウィルス、ポリオウイルス、 HK97、サイトメガロウイ ルス、タバコモザイクウィルス、カウピーモザイクウィルス（CPMV)、ササゲクロティッ クモトルウィルス（CCMV)、 M13バタテリオファージ等のウィルス粒子又はウィルス 外殻タンパク質、 GroEL複合体、 GroEL— GroES複合体を挙げることができる。例 えば、アデノウイルス粒子の正二十面体はへテロ多量体タンパク質であり、アデノウィ ルス粒子等のウィルス粒子やウィルス外殻タンパク質をィ匕学修飾する方法はよく知ら れている（Chemistry and Biology 2002, Vol. 9 p805- 811、 Journal of Nanobiotechnol ogy 2003, 1;5、 Journal of American Chemical Society 2003, Vol. 125, p6848— 6849)。 また、 GroEL— GroES複合体はシルクハットのような形をした、 60000原子力、らなる 非常に大きな構造体で、 7個の GroEL分子がトーラス型の環をつくり、そのような環 2 個（合計 14個の GroEL)が直径約 14θΑ、高さ 150Aの帽子の下部を形成しており 、上部には 7個の GroES分子が結合して帽子を閉じ、その直径は 80A、高さは約 3 OAであり、これら複合体の高さは全体で約 185Aになり、複合体の中には直径 50 60A、長さ約 150Aの大きな円筒型の空洞が 7回の対称軸に沿ってあり、帽子の 頂上には直径約 10 Aの円形の穴があって、空洞は蛋白質が容易に適合し、空洞内 側表面の残基と相互作用できるような大きさになっている。これらの中でも、例えば、 ゥマ脾臓由来 Lタイプのフェリチン等の高等真核生物由来の Lタイプや Hタイプのフ エリチンを好適に例示することができる。
また、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドと、該ペプチドを化学修飾 (結 合)する、好ましくは共有結合するタンパク質とからなる化学修飾タンパク質としては、 高等真核生物由来のフェリチンやアポフェリチンのようなフェリチンタンパク質ファミリ 一、ノレシフェラーゼ、アミラーゼ、リノ ーゼ、カタラーゼ、ベーターラクタマーゼ、ホスホ フルクトキナーゼ、ミオシン、キネシン、インテグリン、ロドプシン、バクテリオロドプシン 、 Gタンパク質共役タンパク質、 Gタンパク質群、 Ras、 Ran, CDC42などの低分子量 等 Gタンパク質群などのタンパク質に、無機材料結合ペプチドを実施例に記載の方 法等の常法により共有結合させた化学修飾タンパク質や、前記化学修飾がなされた 無機材料結合ペプチドを結合させたィ匕学修飾タンパク質を挙げることができる。
[0035] また、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを化学修飾 (結合)した有機高 分子化合物からなる前記集合体としては、疎水性ブロックと、複数の同一又は異なる 無機材料結合ペプチドを結合した親水性ブロックとのブロック共重合体や、枝分かれ の先端に、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したデンドリマー、 アームの先端に、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したスターポ リマー等の多分枝ポリマーを挙げることができる。
[0036] 上記ブロック共重合体における疎水性ブロックとしては、ポリエステル、ポリスチレン 、ポリアミノ酸、ポリオルトエステル及びポリフォスファジン力 なる群より選択され、より 好ましくは、ポリ— L ロイシン、ポリ— L—イソロイシン、ポリ— L—パリン、ポリ— L— フ 二ルァラニン、ボリラクチド、ポリグリコリド、ポリ力プロラタトン、ポリジォキサン一 2 —オン、ポリラタチック一 co グリコリド、ポリラタチック一 co ジォキサン一 2—オン、 ポリラタチック一 co 力プロラタトン及びポリグリコリック一 co 力プロラタトン力もなる 群から選択することができる。上記疎水性ブロックのカルボキシル末端基はブチル酸 基、プロピオン酸基、酢酸基、ステアリン酸基、又はパルミチン酸基等の脂肪酸で置 換することができる。疎水性ブロックの数平均分子量は、 500〜50, 000ダルトン、中 でち 500〜20, 000ダノレ卜ンカ好まし!/ヽ。
[0037] また、上記ブロック共重合体における複数の同一又は異なる無機材料結合べプチ ドが結合される親水性ブロックとしては、ポリアミノ酸、ポリアルキレングリコール、ポリ ビュルアルコール、ポリビュルピロリドンまたはポリアクリルアミド及びその誘導体から なる群より選択され、より好ましくは、ポリ— L セリン、ポリ— L—スレオニン、ポリ— L —リジン、ポリ一 L アルギニン、ポリ一 L ァスパラギン酸、ポリ一 L グルタミン酸、 ポリ Lーァスパラギン、ポリ L—グルタミン、モノメトキシポリエチレングリコール、モ ノアセトキシポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレン co プ ロピレンダリコール及びポリビュルピロリドン力 なる群力 選択することができる。親 水性ブロックの数平均分子量は、 500〜50, 000ダルトン、中でも 500〜20, 000ダ ルトンが好ま 、。無機材料結合ペプチドは親水性ブロックのアミノ基ゃカルボキシ ル基等の官能基を介して親水性ブロックに結合することができる。あるいは、無機材 料結合ペプチドにシスティン残基を付加することで、システィン残基のチオール基を 介して親水性ブロックに結合することができる。
[0038] 具体的には、ボリラクチドー無機材料結合ペプチド結合ポリアルキレングリコールか らなるジブロック共重合体、無機材料結合ペプチド結合ポリエチレンイミンー脂肪族 ポリエステル力もなるジブロック共重合体、無機材料結合ペプチド結合ポリオキシェ チレンブロック ポリオキシプロピレンブロック 無機材料結合ペプチド結合ポリオキ シエチレンブロック力もなるトリブロック共重合体、ボリラクチド一無機材料結合べプチ ド結合ポリ（エチレンォキシド）一ボリラクチドからなるトリブロック共重合体を挙げること カでき、例えば、 Acetal-poly(ethylene glycol)— block— [poly(2—(N,N—dimethylamino)et hyl methacrylate)] (Acetal— PEGZPAMA)を好適に例示することができる。また、 親水性ブロックと疎水性ブロック力 なるジブロック共重合体は、水性相で疎水性プロ ックがコア (core)を形成し、親水性ブロックがシェル（shell)を形成するコア シェル（c ore-shell)形態の高分子ミセルを形成する。例えば、疎水ブロック一親水ブロック 無機材料結合ペプチドと ヽぅポリマーを作製すると、ミセル表面に無機材料結合ぺプ チドを複数提示する集合体となる。また、このようなブロック共重合体ミセル内に、常 法により無機ナノ粒子を担持させることができる。
[0039] 本発明に用いられるデンドリマーやスターポリマーとしては、複数の枝分かれの先 端やアームの先端に、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合、好まし くは共有結合しうるものであれば、公知のデンドリマーやスターポリマーを含めどのよ うなものでもよぐ無機材料結合ペプチドは枝分かれの先端やアームの先端のァミノ 基やカルボキシル基等の官能基を介して、常法によりデンドリマーやスターポリマー に化学結合することができる。これらデンドリマーやスターポリマーとして、糖、モノヒド 口キシル及びオリゴヒドロキシル C1〜C6アルキル、モノヒドロキシル及びオリゴヒドロ キシル C2〜C6ァシル、アルコキシ基又はアルキレン基に置換した 1個又はそれ以 上のヒドロキシル基を持つことができる C1〜C2アルコキシアルキル、アミノ酸、ぺプ チド、 1〜120のエチレンォキシド単位から成るポリオキシエチレンなどのオリゴ又は ポリ一（ォクサ CI〜C3アルキレン)などの親水基でィ匕学修飾した誘導体を用いること ちでさる。
[0040] 無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質あるいは前駆体とし ては、硝酸銀'銅 'HAuCl '塩化鉄 ·Η PtCl 'アンモ -ゥム鉄などの金属塩ィ匕物、
3 2 6
金属アンモ-ゥム塩 ·金属炭酸塩 ·金属硝酸塩など、セレノウレア ·硫化ゥレアなど、 テトラメトキシシラン'テトラエトキシシラン'テトラブトキシチタンなどの金属アルコキシ ドある!、は金属アルコキシドを加水分解産物を挙げることができ、これらは無機材料 結合ペプチドにより、固体銀や CuSのような水に不溶性の形態に転換される。ここで 、バイオミネラリゼ一シヨン能とは、生体内で生じると同様に鉱物を作りだす能力（鉱 物化能力）を意味し、作られた鉱物層をバイオミネラル層と呼ぶ。本発明の無機材料 単層薄膜は、かかるバイオミネラル層の単層として形成されるものであり、シリカ又は シリカ含有分子の単層や、酸化チタンの単層、好ましくは光触媒能を有する酸化チタ ンの単層を好適に例示することができる。
[0041] 本発明における機能性材料としては、無機物から構成されて ヽる材料であれば特 に制限されず、シリカ又はシリカ含有分子の薄膜、酸化チタン薄膜、好ましくは光触 媒能を有する酸化チタンの薄膜等の無機材料の薄膜や、半導体等の特定の機能を 有する無機材料や、金属材料及びその酸化物、塩化物、水酸化物、炭酸塩や、ダイ ァモンド等の炭素材料や、金属ナノ粒子等の無機ナノ粒子を例示することができる。 上記金属材料としては、 Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, P, Be, Ga, Pb , Zn, Cd, Cr等を挙げることができ、金属ナノ粒子としては、これら金属材料のナノ 粒子を挙げることができる。また、酸化金属材料としては、 SnO, Sb O , ΖηΟ, In Ο
2 3 2
, Ga Ο , Fe Ο , Ag Ο, ΤίΟ , SiOやこれらの合金を挙げることができ、酸化金
3 2 3 2 3 2 2 2
属ナノ粒子としては、これら酸ィ匕金属材料のナノ粒子を挙げることができる。塩ィ匕金 属材料としては、 CuCl, FeCl , PtCl , CoCl , NiCl , MnCl , PdCl , SbCl , Cr
2 2 2 2 2 2 3
CI等を挙げることができ、塩ィ匕金属ナノ粒子としては、これら塩ィ匕金属材料のナノ粒
3
子を挙げることができる。
[0042] また、上記半導体材料としては、 Ge, Si, SiGe, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO , CdS, CdMnS, CdSe, CdMnSe, CdTe, CdMnTe, HgS, HgSe, HgTe, InP , InAs, InSb, InN, GaN, GaP, GaAs, GaSb, TiO , WO , PbS, PbSe, MgT
2 3
e, AlAs, A1P, AlSb, A1S, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, PbTe, Cd P , Cd As
3 2 3
, Zn P , Zn As , In S , CuInS , In Se , CuInSe , In O , MgTe, AlAs, Al
2 3 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3
P, AlSb, A1Sを挙げることができ、半導体ナノ粒子としては、これら半導体材料のナ ノ粒子を挙げることができる。また、半導体ナノ粒子コア表面に— OH、 -OCH、 -
3
NH等の電子供与性基を配列させて蛍光特性を有する半導体ナノ粒子とすることも
2
できる。
[0043] 上記無機ナノ粒子は、前記のフェリチンタンパク質複合体、ウィルス粒子又はウィル ス外殻タンパク質複合体、コア'シェル構造を有するタンパク質複合体、疎水性ブロッ クと、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した親水性ブロックとのブ ロック共重合体や、枝分かれの先端に、複数の同一又は異なる無機材料結合べプチ ドを結合したデンドリマー等の内部に担持されて用いられる。
[0044] 本発明の機能性材料の三次元構造体としては、上記機能性材料の三次元的な構 造体であればよぐパターン的にみると、シリカ又はシリカ含有分子の薄膜や酸化チ タン薄膜等の無機材料薄膜が積層された多層薄膜三次元構造体や、基板を複数種 の無機材料で修飾を施し、特定の無機材料修飾部位だけに複数の同一又は異なる 無機材料結合ペプチドを表面に提示する集合体を、「ダイレクトパターンユング」によ り単層結合させ、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン能を利用して、バ ィォミネラル層を形成し、形成したバイオミネラル層に対する無機材料結合ペプチド の結合能を利用した多層化により、 3次元的に機能性材料を配置していくことにより 形成される配置制御三次元構造体を例示することができる。また、三次元構造体を 断面的にみると、多層薄膜からなる三次元構造体や、各薄膜の間に金属ナノ粒子等 の無機ナノ粒子が存在する三次元構造体 (サンドイッチ体)や、単層薄膜、多層薄膜 又はサンドイッチ体の外表面に無機ナノ粒子が存在する三次元構造体を例示するこ とがでさる。
[0045] その他、ピオチン アビジン複合体は、半導体ナノ粒子の周りにアビジンをコートす ることが可能なので、半導体ナノ粒子周囲に、無機材料結合ペプチドを融合したアビ ジンとピオチンの複合体をコートすることにより、 3次元構造体を重層することができる 。また、抗原タンパク質—抗体複合体は、チタン結合ペプチドを融合したフェリチンで ノィォミネラル層が酸ィ匕チタンであるような、 3次元構造を作り、最表層をフェリチン層 にしておき、そこに酸ィ匕コノ レト結合ペプチドを融合した抗フェリチン抗体を最表層 のフェリチンに結合させ、抗体層を作製し、次いで酸ィ匕コバルトのミネラリゼーシヨンを おこな 、酸ィ匕コノ レト層を作製し、酸ィ匕コバルト結合ペプチドを融合したフェリチンを 酸ィ匕コバルト層に結合させ、以下同様にバイオミネラル層が酸ィ匕コバルトであるような
3次元構造体を重層することができる。
[0046] 以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこ れらの例示に限定されるものではない。
実施例 1
[0047] [無機材料結合ペプチドを融合した融合タンパク質 minTl— LFの調製]
ゥマ脾臓由来の Lタイプのフェリチン (LF)に、配列番号 1で示されるアミノ酸配列か らなるチタン結合ペプチド（minTBP— 1)を融合した融合フェリチンタンパク質（min T1—LF)発現のための DNA(pKISl)の作製は、以下の手順でおこなった。すなわ ち、互いに相補的で開始コドンである Metに続いて、配列番号 42で示されるアミノ酸 配列をコードし、開始コドン側に制限酵素 BamHIリンカ一配列を、反対側に制限酵 素 Sailリンカ一配列を持つような配列番号 43 (配列 5'— GATCCATGCGC AAAC TTCCGGATGCGAGCT- 3， )及び配列番号 44 (配列 5 '— CGCATCCGGAA GTTTGCGCATG— 3，）の合成 DNA、各 lOOpmole/ zz lを 50mM NaCl、 10m M Tris-HCU lOmM MgCl中で混合し、 70°Cで 10分間加温した後、ゆっくりと
2
室温に戻すことで、アニーリング反応をおこなった。次に、ゥマ脾臓由来の Lタイプフ エリチン cDNAが、 tacプロモーター下流にクロー-ングされたプラスミド pKITO (Oku da et al. 2003, Biotechnology and Bioengineering, Vol 84, No. 2, pl87— 194)を制限 酵素 BamHI、 Sailで消化、 1%ァガロースゲル電気泳動により、分離される約 6kbの 大きな DNAフラグメントを Gene Clean II kit (BIO101社）により精製し、上記のァ- ールした DNAと混合し、 T4DNAリガーゼを用いて結合させた。
[0048] 次に、この DNAと pKITOを、それぞれ BamHIで消化し、 1%ァガロースゲル電気 泳動により分離される DNAフラグメント、前者は約 6kbのフラグメント、後者は約 300 bpのフラグメントを Gene Clean II kit (BIO101社）により精製し、 T4DNAリガーゼを 用いて結合させた。結合した DNAを大腸菌 XLI—blue株（hsdR17、 supE44、 recAl、 endAl、 gyrA46、 thiゝ relAl、 lac/F， [proAB+ゝ ladqA(lacZ)M15::TnlO(tetR)])に、常 法 (Molecular Cloning Third Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press)に従 ヽク ローン化し、 ρΚΙΤΟの約 300bpの BamHIフラグメント内のプライマー（配列番号 45； 5，一 GTGGAATTGTGAGCG— 3，）を用いて、 DNAシークェンスにより、 目的の 方向に約 300bpの BamHIフラグメントが挿入されて!、るクローンをダイデォキシター ミネイト法により決定した（CEQ DTCS Quick start kit,ベックマン社、カルフォルニア ) o反応産物の泳動とデータ解析には、オートキヤビラリ一シーケンサー（CEQ2000 、ベックマン）を用いた。
[0049] ゥマ脾臓由来の L型フェリチンにチタン結合ペプチドを融合した、配列番号 46に示 されるアミノ酸配列力もなる融合フェリチンタンパク質の発現 ·精製は以下のようにお こなった。すなわち、大腸菌 XLI—blue株に、常法に従い pKISlを形質転換し、コロ ニーを滅菌した楊枝で拾いあげ、 5mlの LB培地で 37°C、 16〜18時間震盪培養し た。つぎに、この培養液を、 1リツターの LB培地に植え継ぎ 37°Cでさらに 16〜18時 間震盪培養をおこなった。大腸菌を、遠心分離 (Beckman J2- 21M, JA— 14口 一ター， 5000rpm, 5分）により集菌した。集菌した大腸菌を、 80mlの 50mMの Tr is-HCl(pH8. 0)で洗浄し、再び、遠心分離（クボタ社、 5922, RA410M2ロー ター， 4000rpm, 10分）【こより集菌した。 30mlの 50mM Tris-HCl(pH8. 0)【こ 懸濁した後、超音波破砕機（BRANSON, SONIFIER 250, 微量チップ、出 力最大、 duty cycle 50%, 2分を 3〜4回繰り返す)を用いて、大腸菌破砕液を得 た。大腸菌破砕液を、遠心分離（クボタ社、 5922, RA410M2ローター， 8000rp m, 30分）により、可溶性の画分を回収し、 65°Cで 20分間温浴することで、共雑タン パク質の変性を行った。遠心分離（クボタ社、 5922, RA410M2ローター， 8000 rpm, 30分）により、沈澱を形成する変成した共雑タンパク質を取り除き、上清を回収 した。
[0050] 上清を、 50mM TrisHCl (pH8. 0)で平衡化した陰イオン交換クロマト担体であ る Q— sepharose HP (アマシャム）に注入し、 100mlの 100〜500mM塩ィ匕ナトリウ ム濃度勾配（3mlZmin)により溶出した。 minTl— LFを含む画分約 40mlを、セント ジプレップ 10 (アミコン）により 2. 5〜3mlに濃縮し、 50mM TrisHCl(pH8. 0) , 15 OmM NaCl (以下 TBS)で平衡化した 60cm長のゲルろ過クロマトグラフ ·セファァク リル S— 400に注入し、流速 1. 5mlZminでクロマトグラフィーをおこなった。 minTl — LFを含む各画分 100 /z lを 50mM TrisHCl(pH7. 5) , 150mM NaCl, ImM NaNで平衡化した SW4000XLカラム、流速 lml/minでクロマトグラフィーによる
3
分析をおこな 、、 minTl— LF24量体の純度が 95%以上であることを確認したのち 以下の実験に用いた。
実施例 2
[0051] [三次元構造体 (三次元配置制御法ある!、は薄膜作製法)の製造 特異的一 ] 実施例 1で得られたモデルタンパク質 minTl— LFを用いて、配列番号 1の minTB P— 1の持つ多機能性を利用した、三次元構造体 (三次元配置制御法あるいは薄膜 作製法)の製造方法の概要を図 1に示す。三次元構造体については、水晶発振子形 生体分子相互作用解析装置である QCM— D300 (q— sense AB社、イェテボリ）を 用いて検討した。水晶発振子には、 QCM— D300純正品のチタンセンサーを用い た。温度 ίま 25. 36〜40oCに設定し、実柳』値 ίま、 24. 97。C力ら 25. 00。C付近であつ た。
[0052] 50mM Tris—HCl (pH7. 5) , 150mM NaCl (TBS)で基準値を測定した後 、 0. lmgZmlに濃度を合わせた minTl— LFを測定チャンバ一内に導入し引き続 き測定した。図 2に示すように、 60〜70Hz程度の周波数の減少が見られた力 これ は minTl— LFのチタン基板への結合に伴うものである。センサーが安定したら、 TB Sでチャンバ一内をリンスし、再び 0. lmg/ml minTl— LFを測定チャンバ一内に 導入しても、先程見られた顕著な周波数の変化が見られなカゝつた。このことは、 minT 1—LFがチタンセンサー上で単層膜を形成していることを表している。再び、 TBSで チャンバ一内をリンスした後、あらカゝじめ ImM塩酸で加水分解処理をしたテトラメトキ シオルソシラン (TMOS) 1Mを、 1Z10体積添カ卩した TBSを測定チャンバ一内に導 入した。 minTl—LFの持つシリカ'バイオミネラリゼ一シヨン能により、 minTl—LF 膜上にシリカ層が堆積していく様子が QCM— D300の周波数の変化力 モニター することができる。暫くインキュベートした後、 TBSで測定チャンバ一内をリンスし、さ らに 0. lmg/ml minTl—LFを測定チャンバ一内に導入したところ、今度は minT BP— 1のシリカ結合能による、 minTl—LFのシリカ層への結合に伴う 60Hz程の周 波数の減少が見られた。このことは、 minTl—LFの第 2層が形成されたことを意味 する。以上の過程を繰り返すことにより、 minTl— LFを三次元状に配置することがで きた。
[0053] 以上の結果から、無機材料結合ペプチドの多機能性を利用した三次元配置制御 法'薄膜形成法が有効であることが確認された。
実施例 3
[0054] [三次元構造体 (三次元配置制御法ある!ヽは薄膜作製法)の製造 非特異的一 ] 実施例 2で三次元配置制御'薄膜作製が一層目の minTl— LFの結合様式が非 特異的な吸着の場合であっても可能であることを確認するために、チタンセンサーの 代わりに金コートセンサーを用いて水晶発振子形生体分子相互作用解析装置であ る QCM— D300 (q— sense AB社、イェテボリ）による測定で調べた。この時、一層 目の minTl—LFと金センサー間の相互作用は非特異的な結合である。実施例 2と 全く同じように実験をおこなった結果、図 3に示すように minTl— LFを三次元状に配 置することができた。
[0055] 対照実験として、無機材料結合ペプチドを融合して!/、な 、ゥマ Lフェリチン (LFO) を用いて、同様の実験をおこなってもフェリチンの多層化はおこらないことを確認した (図 4)。
[0056] 以上の結果から、無機材料結合ペプチドの多機能性を利用した三次元配置制御 法'薄膜形成法における、下地の基板と一層目の相互作用は非特異的な結合でも、 特異的な結合の場合と同じように可能であることが確認された。このことは、下地の基 板を目的に合わせて多様に選択できることを示す。
実施例 4
[0057] [ナノ粒子の形成]
フェリチンは、コア'シェル構造をしており、その内部空間に酸ィ匕鉄の他、酸化コバ ルト、酸ィ匕クロム、酸ィ匕ニッケル、酸ィ匕ウラン、セレン化カドミウム、硫ィ匕カドミウムなど 様々な無機材料ナノ粒子を形成する能力を持つ。実施例 1で得られた minTl -LF 力 Sリコンビナントアポフェリチンと同様に、その内部空間に酸化鉄 ·酸ィ匕コバルト ·セレ ン化カドミウムのナノ粒子形成能を有することを、以下の手順で確認した。
[0058] 酸化鉄については、 50mM HEPES— NaOH pH7. 0, 0. 5mg/ml minTl — LF溶液に、 50mM 硫酸アンモ-ゥム鉄 (Π) 6水和物を lZlO体積添加（終濃度 5mM)し、室温で終夜静置した（図 5)。次に、超遠心分離器 (ベックマン， TLA 10 0. 4 ローター， 50, OOOrpm, 1時 f¾)【こよる遠 、操作【こより、 minTl を沈 さ せた。この沈澱を 50mM TrisHCl pH8. 0により溶解し、遠心分離（クボタ社、 59 22, RA410M2ローター， 3000rpm, 10分）により余分な酸ィ匕鉄を沈 させ取り除 く操作を 2回繰り返した後、 50mM TrisHCl pH8. 0に透析した。透析した minTl — LFは、 BioRad Protein Assay (バイオラッド社）により定量し、以下の実験に用 いた。
[0059] 酸化コバルトについては、 50mM HEPES -NaOH pH8. 3, 0. 3mg/ml mi nTl— LF溶液に、終濃度 3mM 酢酸コノ レト 4水和物を添加した後、終濃度 1. 5 mM 過酸化水素を添加、 50°Cで終夜静置した。次に、超遠心分離器 (ベックマン， TLA 100. 4 ローター， 50, OOOrpm, 1時 f¾)【こよる遠 '、操作【こより、 minTl Fを沈澱させた。この沈澱を 50mM TrisHCl pH8. 0により溶解し、遠心分離（ク ボタ社、 5922, RA410M2ローター， 3000rpm, 10分）により余分な酸ィ匕コノ ノレ卜 を沈澱させ取り除く操作を 2回繰り返した後、 50mM TrisHCl pH8. 0に透析した 。透析した minTl— LFは、 BioRad Protein Assay (バイオラッド社）により定量し 、以下の実験に用いた。
[0060] セレン化カドミウムについては、 7. 5mM 酢酸アンモ-ゥム， 0. 5mgZml min T1 LF、 lmM 酢酸カドミウム 2水和物溶液に、終濃度 5mM セレノウレアを添カロ 、室温で終夜静置した。次に、超遠心分離器 (ベックマン， TLA 100. 4 ローター， 50, OOOrpm, 1時間）による遠心操作により、 minTl— LFを沈澱させた。この沈澱 を 50mM TrisHCl pH8. 0により溶解し、遠心分離（クボタ社、 5922, RA410M 2ローター， 3000rpm, 10分）により余分な酸化コバルトを沈澱させ取り除く操作を 2 回繰り返した後、 50mM TrisHCl pH8. 0に透析した。透析した minTl— LFは、 BioRad Protein Assay (バイオラッド社）により定量し、以下の実験に用いた。
[0061] 実施例 3と同様の方法で、ナノ粒子内包 minTl— LFの三次元配置を行った。その 結果を、図 6〜8に示す。酸化鉄内包 minTl— LF (Fe— minTl— LF)を三層積層 した場合（Fe—Fe—Fe) (図 6)、 Fe—minTl—LF、酸化コバルト内包 minTl— LF (Co - minTl -LF)、セレン化カドミウム内包 minTl— LF (CdSe— minTl— LF) の順に配置した場合（Fe— Co— CdSe) (図 7)、あるいは Fe—minTl— LF、 CdSe -minTl -LF, Co— minTl— LFの順に配置した場合（Fe— CdSe— Co) (図 8) にお 、ても minTl— LFの三次元配置制御 ·薄膜形成が確認された。これらの積層 したセンサーの断面試料をイオンシユング法により作製し、透過型電子顕微鏡 (TE M, トプコン社 EM— 002BFZP— 20)およびエネルギー分散型 X線分析（EDS , サーモ社ノーランシステム VI)を用いて、断面試料観察並びに minTl— LFに内 包されている金属元素の分布を確認した（図 9 · 10)。 Fe— Co— CdSe, Fe— CdS e— Coの 、ずれの場合にぉ 、ても試料を添加して 、つたときと順序と同じ順序で積 層されて 、ることが確認できた。
[0062] 以上の結果から、無機材料結合ペプチドの多機能性を利用した三次元配置制御 法'薄膜形成法は、複数種の機能性化合物を自由に目的の位置に配置することが 可能であることが確認された。
実施例 5
[0063] [原子間力顕微鏡による評価]
実施例 3で作製した薄膜を、原子間力顕微鏡により評価した。すなわち、金コートセ ンサー上に、三層に積層した minTl— LF'シリカ層力もなる薄膜の一部をピンセット で引つ搔いて剥離し、原子間力顕微鏡（SHIMAZU SPM9500, コンタクトモー ド）によりステップの観察をおこなった（図 11)。積層膜は、比較的平らで、ステップの 高さもフェリチン分子サイズから考えられる高さと矛盾しない結果が得られた。
実施例 6
[0064] [走査型電子顕微鏡観察]
実施例 2〜4の過程を、走査型電子顕微鏡観察により、順に追ってみた。 JIS1種金 属チタン'鏡面仕上げ 6mm X 6mm (新金属工業株式会社製)を、 TBSでよく洗浄し た後、 0. lmgZml Fe—minTl—LF溶液中に、 10分間浸透した後、 TBSで軽く リンスし、あらかじめ ImM HClでカ卩水分解した 0. 1M TMOS含有 TBS中に 10分 間浸け、再び TBSで軽くリンスした。また、この過程を繰り返すことで 2層に積層した 試料を作製した。これら各過程の試料を、超純水でリンスした後、不活性ガスにより風 乾させ観察に供した（図 12)。
[0065] この結果、ならびに実施例 2〜4より、本発明の三次元配置制御法を用いた minTl —LFの三次元配置過程は、図 1に模式的に示されている通りであることが確認でき た。
実施例 7
[0066] [三次元構造体 (三次元配置制御法あるいは薄膜作製法)の製造 バイオミネラル 層が酸ィ匕チタンの場合一]
実施例 1で得られたモデルタンパク質 minTl— LFを用いて、バイオミネラル層が酸 化チタンである場合でも、三次元構造体を形成できることを示した。構造体形成のモ 二ターは、実施例 2と同じぐ水晶発振子形生体分子相互作用解析装置である QCM -D300 (q- sense AB社、イェテボリ）を用いて検討した。水晶発振子には、実施 例 3で用いた QCM— D300純正品の金センサーを用いた。温度は実測値で、 43°C 近傍であった。
[0067] 50mMTris-HCl (pH7. 5) , 150mMNaCl (TBS)で基準値を測定した後、 0. 1 mgZmlに濃度を合わせた minTl— LFを測定チャンバ一内に導入し引き続き測定 した。図 13に示すように、 minTl—LFの金センサーへの結合に伴う周波数の減少 が見られた。センサーの安定後、 TBSでチャンバ一内をリンスし、チタニウムビスアン モ-ゥムラクテートジハイドロォキシド，重量比 50% (アルドリッチ社、 Titanium (IV)bis (ammonium lactato) dihydroziae, 50 wt. % solution water) 、
Figure imgf000035_0001
BSを測定チャンバ一内に導入した。 minTl— LFの持つ酸化チタン ·バイオミネラリ ゼーシヨン能により、 minTl— LF膜上にゆっくりと酸ィ匕チタン層が堆積していく様子 力 QCM— D300の周波数の変化力 モニターすることができた。 30時間程度イン キュペートした後、 TBSで測定チャンバ一内をリンスし、さらに 0. lmg/ml minTl —LFを測定チャンバ一内に導入したところ、今度は minTBP— 1の酸ィ匕チタン結合 能による、 minTl—LFの酸ィ匕チタン層への結合に伴う周波数の減少が見られた。こ のことは、 minTl—LFの第 2層が形成されたことを意味する。以上の過程を繰り返す ことにより、 minTl—LFを三次元状に配置することができる。
[0068] 以上の結果から、無機材料結合ペプチドの多機能性を利用した三次元配置制御 法 ·薄膜形成法が、バイオミネラル層が酸ィ匕チタン (シリカ以外)の場合でも有効であ ることが確認された。
実施例 8
[0069] [無機材料結合ペプチドを化学修飾したタンパク質等ナノ材料の調製 1]
実施例 3で対照実験に用いた、野生型ゥマ脾臓由来の Lタイプのフェリチン (D1— LF)に、配列番号 47で示されるアミノ酸配列力もなるペプチド (KIS— P1 :チタン結 合ペプチド）を結合させ、化学修飾したフェリチンタンパク質 (CM minTl—LF)を 作製した。 KIS— P1は、チタン結合ペプチド RKLPDA(minTBP— 1)のカルボキシ ル端側に、フレキシブルリンカ一であるグリシン、紫外光吸収マーカーであるトリプトフ アン、架橋剤の標的となるチオール基を側鎖に持つシスティンを順次付加した合成 ペプチドである。より具体的には、 CM minTl—LFの作製は、以下の手順でおこな つた。すなわち、 lmlPBS溶液中の 5mgZml D1— LFに、 25 1の DMSOに溶解 した 10mM N-succinimidyl iodoacetate (SIA)をカ卩え、室温で 1時間撹拌し た後、 PBS溶液に対して透析をおこない、未反応の SIAを除いたあと、最終濃度 lm Mになるように配列番号 47で示される合成ペプチドをカ卩えた。室温で 3時間の撹拌 によって、配列番号 47で示される合成ペプチドをフェリチンに化学修飾を施した後、 再び透析により、未反応の配列番号 47で示される合成ペプチドを取り除 、た。
[0070] このようにして作製した CM minTl—LFを PBSで 25倍に希釈し、三次元構造体 を形成できることを示す。構造体形成のモニターは、実施例 2と同じぐ水晶発振子 形生体分子相互作用解析装置である QCM— D300 (q— sense AB社、イェテボリ） を用いて検討した。水晶発振子は、実施例 2で用いた QCM— D300純正品のチタン センサーを用いた。温度は実測値で、およそ 24. 8°Cであった。
[0071] PBSで基準値を測定した後、希釈した CM minTl— LFを測定チャンバ一内に導 入し引き続き測定した。図 14に示すように、 CM minTl—LFのチタンセンサーへ の結合に伴う周波数の減少が見られた。センサーが安定したら、 PBSでチャンバ一 内をリンスした後、あらカゝじめ ImM塩酸で加水分解処理をしたテトラメトキシォルソシ ラン (TMOS) IMを、 1/10体積添カ卩した PBSを測定チャンバ一内に導入した。 C M minTl—LFの持つシリカ'バイオミネラリゼ一シヨン能により、 CM minTl—LF 膜上にシリカ層が堆積していく様子が QCM— D300の周波数の変化力 モニター することができる。暫くインキュベートした後、 PBSで測定チャンバ一内をリンスし、さ らに 0. lmg/ml CM minTl—LFを測定チャンバ一内に導入したところ、今度は CM minTl—LFのシリカ結合能による、 CM minTl—LFのシリカ層への結合に 伴う周波数の減少が見られた。このことは、 CM minTl—LFの第 2層が形成された ことを意味する。以上の過程を繰り返すことにより、 CM minTl— LFを三次元状に 配置することができた。
実施例 9
[0072] [無機材料結合ペプチドを化学修飾したタンパク質等ナノ材料の調製 2]
次に、フェリチン以外のタンパク質にも同様に、化学合成した無機材料結合べプチ ドをィ匕学修飾することにより無機材料結合ペプチドを表面に提示する集合体を作製 することができることを示す。用いたタンパク質は、ホタル由来のルシフェラーゼ（アル ドリツチ)である。配列番号 47で示されるアミノ酸配列カゝらなる合成ペプチドをィ匕学修 飾したルシフェラーゼタンパク質 (CM— luc)の作製は、以下の手順でおこなった。 0 . 2mlPBS溶液中の 2mgZml ルシフェラーゼタンパク質に、 8 1の DMSOに溶解 した 10mM N-succinimidyl iodoacetate (SIA)をカ卩え、室温で 1. 5時間撹拌し た後、 PBS溶液に対して透析をおこない、未反応の SIAを除いたあと、最終濃度 lm Mになるように配列番号 47で示される合成ペプチドをカ卩えた。室温で 6時間の撹拌 によって、配列番号 47で示される合成ペプチドをルシフェラーゼタンパク質に化学修 飾を施した後、再び透析により、未反応の配列番号 47で示される合成ペプチドを取 り除いた。
[0073] このようにして作製した配列番号 47で示される合成ペプチドをィ匕学修飾した CM— lucを PBSで 20倍に希釈し、三次元構造体を形成できることを示した。構造体形成の モニターは、実施例 2と同じぐ水晶発振子形生体分子相互作用解析装置である QC M-D300 (q- sense AB社、イェテボリ）を用いて検討した。水晶発振子は、実施 例 2で用いた QCM— D300純正品のチタンセンサーを用いた。温度は実測値で、お よそ 24. 8。Cであった。
[0074] PBSで基準値を測定した後、希釈した CM minTl— LFを測定チャンバ一内に導 入し引き続き測定した。図 15に示すように、 CM— lucのチタンセンサーへの結合に 伴う周波数の減少が見られた。センサーが安定したら、 PBSでチャンバ一内をリンス した後、あらかじめ ImM塩酸で加水分解処理をしたテトラメトキシオルソシラン (TM OS) lMを、 1Z10体積添カ卩した PBSを測定チャンバ一内に導入した。 CM—lucの 持つシリカ ·バイオミネラリゼーシヨン能により、 CM— luc膜上にシリカ層が堆積して ヽ く様子が QCM— D300の周波数の変化力もモニターすることができる。暫くインキュ ペートした後、 PBSで測定チャンバ一内をリンスし、さらに 0. lmgZml CM— lucを 測定チャンバ一内に導入したところ、今度は CM— lucのシリカ結合能による、 CM-1 ucのシリカ層への結合に伴う周波数の減少が見られた。このことは、 CM— lucの第 2 層が形成されたことを意味する。以上の過程を繰り返すことにより、 CM— lucを三次 元状に配置することができた。
実施例 10
[0075] [無機材料結合ペプチドを化学修飾した合成高分子等ナノ材料の調製]
次に、タンパク質以外の合成高分子材料にも同様に、化学合成した無機材料結合 ペプチドをィ匕学修飾することにより無機材料結合ペプチドを表面に提示する集合体 を作製することができることを示す。用いた合成高分子は、ブロック共重合体である A cetal—PEGZPAMAである（Langmuir 20 p561, 2004) 0配列番号 47で示されるァ ミノ酸配列力 なる合成ペプチドをィ匕学修飾したブロック共重合体 (minTBP— 1— P EGZPAMA)の作製は、以下の手順でおこなった。 250mgの Acetal—PEGZPA MAを 5mlの 90%酢酸で溶解し、 35°Cで 5時間撹拌したのち、 0. 1M酢酸ナトリウム 緩衝液 PH5. 5に対して透析をおこなったのち、 DMSO〖こ溶解した 27. 7mgの N-( β -maleimidopropionic acid) hydrazide (BMPH)をカ卩え、室温で 2時間撹拌した。再 び 0. 1M酢酸ナトリウム緩衝液 pH5. 5に対して透析をおこない、未反応の BMPHを 取り除いた後、透析で水に溶媒を置換し、凍結乾燥をおこなった。このように末端が Acetalからマレイミド化された PEGZPAMA (Mal— PEGZPAMA) 100mgと 24 mgの配列番号 47で示される合成ペプチドを 20mlの 50mMトリス塩酸緩衝液 pH7. 5に溶解し、室温で終夜撹拌し、配列番号 47で示される合成ペプチドを PEGZPA MAに化学修飾を施した。未反応の配列番号 47で示される合成ペプチドを水に対し て透析をおこな 、取り除 、た後、凍結乾燥をおこなった。
[0076] このようにして作製した minTBP— 1— PEGZPAMAは、 Langmuir 20 p561,
2004の報告と同様に、塩ィ匕金酸水溶液力も金ナノ粒子を内包したミセル形成能を 保持して!/、ることを以下の手順で示す。 lOmgの minTBP— 1— PEGZPAMAを 2 mlの PBSで溶解したあと、同じく PBSに溶解した 40mgZmlの塩化金酸 4水和物（ HAuC14'4H20)を 50 /z Lカ卩え、室温で終夜撹拌した。その結果、反応液は金ナノ 粒子が形成していることを示す、赤色を呈していた（図 16)。この産物を、超遠心分離 TLA 100. 4ローター、 30, 000rpm、 30分【こより沈殿させ、上清を取り除 ヽた後 、 PBSで撹拌する操作を 3回繰り返し、金ナノ粒子とコアシェル構造を形成するブロッ ク共重合体を精製した。精製した産物の吸光度測定からも金ナノ粒子の形成を示す 520nm近傍に吸収極大を持つプロファイルが得られている（図 16)。また、動的光散 乱を計測したところ、 minTBP— 1— PEGZPAMA'金ナノ粒子のコアシェル構造 体の平均粒系が 54. 5nmであると見積もられた（図 17)。以上、 PEGZPAMAの特 性を失うこと無ぐ配列番号 47で示される合成ペプチドをィ匕学修飾により賦与するこ とができることが分った。
[0077] 実施例 8、 9、 10の結果から、無機材料結合ペプチドをタンパク質 '合成高分子等 のナノ材料に、化学合成した無機材料結合ペプチドをィ匕学修飾することで賦与でき ることが確認された。またィ匕学修飾により賦与された無機材料結合ペプチドの機能に よる、三次元配置制御法 ·薄膜形成法が有効であることが確認された。
産業上の利用可能性
[0078] 本発明は、無機材料に結合能を有するペプチドが、（1)結合能に加え、標的無機 物を構成する分子のミネラリゼ一シヨン (鉱物化)を促進する能力を有すること、（2)複 数の、しかしながら限られた範囲の無機材料に結合能を有すること、という 2つの性質 をもつ多機能ペプチドであることを利用し、薄膜上の無機材料や集合体に担持され た無機ナノ粒子を、ナノスケールで三次元的に配置することを可能とする技術である
。例えば、チタンへの結合能力をもつ 12アミノ酸残基 (配列番号 2)力もなるペプチド モチーフ TBP— 1はチタン以外にも銀とシリカの表面に結合することができる力 金， 白金，クロム，鉄，銅，錫，亜鉛などの他の金属の表面には結合しない。 TBP— 1ぺ プチドはほかに、酸化チタン、銀、シリコンの試験管内でのミネラリゼ一シヨン (鉱物化 )反応を促進することができる。このような TBP— 1の多機能性は、このペプチドを他 のタンパク質と融合した場合にも維持される。すなわち、 TBP— 1のコア配列である m inTBP— 1配列（配列番号 1)をコードする塩基配列をフェリチンタンパク質のサブュ ニット遺伝子の 5 '末に融合した改変フェリチンタンパク質サブユニットからは、その表 面上に 24分子の minTBP - 1を提示した改変フェリチンタンパク質が合成できるが、 この minTBP—l提示フェリチンタンパク質は、チタンやシリカ、銀の表面に強い結合 をするが、金の表面には結合しない。また、この minTBP— 1提示フェリチンタンパク 質は、試験管内での酸ィ匕チタン，シリカ，銀のミネラリゼ一シヨン (鉱物化)を促進する 能力を保持している。
[0079] 例えば、上記 minTBP—l提示フェリチンタンパク質をチタン基板上に展開すると、 そのチタン結合能力から、チタン基板上にモノレイヤーを形成する。 minTBP— 1提 示フェリチンタンパク質とチタン基板との結合には 24個の minTBP— 1全てが使われ るわけではないので、結合に使われない minTBP— 1はミネラリゼーシヨン活性を発 揮することができる。実際、チタン基板上にモノレイヤーを形成した minTBP—l提示 フェリチンタンパク質に、シリカの前駆体であるテトラメトキシォルソシラン (TMOS)を 加えると、 minTBP— 1提示フェリチンタンパク質の単層上に、さらにシリカのノィォミ ネラル層を重層することができる。次に、このバイオミネラル層に対して minTBP—l のシリカに対する結合能を利用して、第 2層目の minTBP—l提示フェリチンタンパク 質を重層することができる。この操作を繰り返すことで、フェリチンタンパク質のナノス ケールで厚みが制御された薄膜の作製が実現できる。
[0080] フェリチン分子には、半導体ナノ粒子などの機能性ナノ化合物を内包させることが できるので、異なる機能性ナノ化合物を内包したフェリチン分子を用いることで、複数 種の機能性ナノィ匕合物の多層体をナノスケールで正確に作製することができ、半導 体.ナノバイオテクノロジー分野での利用価値が高い。
また、三次元配置制御および薄膜作成の対象となるものには、タンパク質 'ウィルス 'ファージ ·ブロック共重合体 ·高分子および、これらに内包 '接合'化学修飾 ·吸着し た量子ドット'半導体材料'集光素子 ·蛍光分子などをあげることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 無機基板表面に、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表面に提示する 集合体を導入し、前記集合体を無機基板上に単層結合させ、単層結合した前記集 合体に、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質あるいは 前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのノィォミネラリゼーシヨン能を利用してバ ィォミネラル層を形成することを特徴とする無機材料単層薄膜の製造方法。
[2] 無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにしたファージ提示法により人工的 に取得されたペプチドであることを特徴とする請求項 1記載の無機材料単層薄膜の 製造方法。
[3] 無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにした細胞表層提示法により人工 的に取得されたペプチドであることを特徴とする請求項 1記載の無機材料単層薄膜 の製造方法。
[4] 無機材料結合ペプチドが、 RKLPDA (配列番号 1)又は RKLPDAPGMHTW (配 列番号 2)であることを特徴とする請求項 2又は 3記載の無機材料単層薄膜の製造方 法。
[5] 無機材料結合ペプチドが、自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドであるこ とを特徴とする請求項 1記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[6] 自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドが、珪藻タンパク質に由来するぺプ チドであることを特徴とする請求項 5記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[7] 自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドが、自然界に存在するバイオミネラリ ゼーシヨンに関係したタンパク質に由来するペプチドであることを特徴とする請求項 5 記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[8] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを融合した融合タンパク質 複合体であることを特徴とする請求項 1〜7のいずれか記載の無機材料単層薄膜の 製造方法。
[9] 融合タンパク質複合体が、多量体タンパク質複合体であることを特徴とする請求項 8 記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[10] 融合タンパク質複合体が、コア'シェル構造を有するタンパク質複合体であることを特 徴とする請求項 8又は 9記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[11] 融合タンパク質複合体が、高等真核生物由来のフェリチンタンパク質複合体であるこ とを特徴とする請求項 8記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[12] 融合タンパク質複合体が、細菌に由来する鉄貯蔵タンパク質複合体であることを特 徴とする請求項 8記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[13] 融合タンパク質複合体が、ウィルス粒子又はウィルス外殻タンパク質複合体であるこ とを特徴とする請求項 8記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[14] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した化学修飾タン ノ ク質であることを特徴とする請求項 1〜7のいずれか記載の無機材料単層薄膜の 製造方法。
[15] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化 合物であることを特徴とする請求項 1〜7のいずれか記載の無機材料単層薄膜の製 造方法。
[16] 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、疎 水性ブロックと、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した親水性ブ ロックとのブロック共重合体であることを特徴とする請求項 15記載の無機材料単層薄 膜の製造方法。
[17] 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、枝 分かれの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したデンドリマ 一、又は、アームの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した スターポリマーであることを特徴とする請求項 15記載の無機材料単層薄膜の製造方 法。
[18] ノィォミネラル層力 シリカ又はシリカ含有分子の単層であることを特徴とする請求項
1〜17のいずれか記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[19] バイオミネラル層力 酸ィ匕チタンの単層であることを特徴とする請求項 1〜17のいず れか記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[20] 酸化チタンが光触媒能を有することを特徴とする請求項 19記載の無機材料単層薄 膜の製造方法。
[21] 無機基板表面に単層結合した、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表 面に提示する集合体を介して、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーショ ン反応の基質あるいは前駆体が、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン 能によりバイオミネラル層として形成されていることを特徴とする無機材料単層薄膜。
[22] 無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにしたファージ提示法により人工的 に取得されたペプチドであることを特徴とする請求項 21記載の無機材料単層薄膜。
[23] 無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにした細胞表層提示法により人工 的に取得されたペプチドであることを特徴とする請求項 21記載の無機材料単層薄膜
[24] 無機材料結合ペプチドが、 RKLPDA (配列番号 1)又は RKLPDAPGMHTW (配 列番号 2)であることを特徴とする請求項 22又は 23記載の無機材料単層薄膜。
[25] 無機材料結合ペプチドが、自然界に存在するアミノ酸配列力 なるペプチドであるこ とを特徴とする請求項 21記載の無機材料単層薄膜。
[26] 自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドが、珪藻タンパク質に由来するぺプ チドであることを特徴とする請求項 25記載の無機材料単層薄膜。
[27] 自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドが、自然界に存在するバイオミネラリ ゼーシヨンに関係したタンパク質に由来するペプチドであることを特徴とする請求項 2
5記載の無機材料単層薄膜。
[28] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを融合した融合タンパク質 複合体であることを特徴とする請求項 21〜27のいずれか記載の無機材料単層薄膜
[29] 融合タンパク質複合体が、多量体タンパク質複合体であることを特徴とする請求項 2
8記載の無機材料単層薄膜。
[30] 融合タンパク質複合体が、コア'シェル構造を有するタンパク質複合体であることを特 徴とする請求項 28又は 29記載の無機材料単層薄膜。
[31] 融合タンパク質複合体が、高等真核生物由来のフェリチンタンパク質複合体であるこ とを特徴とする請求項 28記載の無機材料単層薄膜。
[32] 融合タンパク質複合体が、細菌に由来する鉄貯蔵タンパク質複合体であることを特 徴とする請求項 28記載の無機材料単層薄膜。
[33] 融合タンパク質複合体が、ウィルス粒子又はウィルス外殻タンパク質複合体であるこ とを特徴とする請求項 28記載の無機材料単層薄膜。
[34] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した化学修飾タン ノ ク質であることを特徴とする請求項 21〜27のいずれか記載の無機材料単層薄膜
[35] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化 合物であることを特徴とする請求項 21〜27のいずれか記載の無機材料単層薄膜。
[36] 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、疎 水性ブロックと、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した親水性ブ ロックとのブロック共重合体であることを特徴とする請求項 35記載の無機材料単層薄 膜。
[37] 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、枝 分かれの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したデンドリマ 一、又は、アームの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した スターポリマーであることを特徴とする請求項 35記載の無機材料単層薄膜。
[38] ノィォミネラル層力 シリカ又はシリカ含有分子の単層であることを特徴とする請求項 21〜37のいずれか記載の無機材料単層薄膜。
[39] バイオミネラル層力 酸ィ匕チタンの単層であることを特徴とする請求項 21〜37のいず れか記載の無機材料単層薄膜。
[40] 酸化チタンが光触媒能を有することを特徴とする請求項 39記載の無機材料単層薄 膜。
[41] 無機基板表面に、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表面に提示する 集合体を導入し、前記集合体を無機基板上に単層結合させ、単層結合した前記集 合体に、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質あるいは 前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのノィォミネラリゼーシヨン能を利用してバ ィォミネラル層を形成し、次いで (a)形成したノィォミネラル層表面に、該バイオミネ ラル層に結合能を有する前記集合体を導入し、バイオミネラル層に対する無機材料 結合ペプチドの結合能を利用して、前記集合体をバイオミネラル層上に単層結合さ せ、（b)単層結合した前記集合体表面に、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネ ラリゼーシヨン反応の基質あるいは前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのバイオ ミネラリゼーシヨン能を利用してバイオミネラル層を形成する、多層化操作 (a)及び (b )を、 1若しくは複数回繰り返すことを特徴とする機能性材料の三次元構造体の製造 方法。
[42] 無機基板表面に、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表面に提示する 集合体を導入し、前記集合体を無機基板上に単層結合させ、単層結合した前記集 合体に、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の基質あるいは 前駆体を導入し、無機材料結合ペプチドのノィォミネラリゼーシヨン能を利用してバ ィォミネラル層を形成し、次いで形成したバイオミネラル層表面に、該バイオミネラル 層に結合能を有する前記集合体を導入し、バイオミネラル層に対する無機材料結合 ペプチドの結合能を利用して、無機ナノ粒子を担持した前記集合体をバイオミネラル 層上に単層結合させ、さらに必要に応じて、（b)単層結合した前記集合体表面に、 前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーシヨン反応の基質あるいは前駆体を 導入し、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーシヨン能を利用してバイオミネラ ル層を形成し、（a)形成したバイオミネラル層表面に、該バイオミネラル層に結合能を 有する無機ナノ粒子を担持した前記集合体を導入し、バイオミネラル層に対する無 機材料結合ペプチドの結合能を利用して、前記集合体をバイオミネラル層上に単層 結合させる、多層化操作 (b)及び (a)を、 1若しくは複数回繰り返すことを特徴とする 機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[43] 無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにしたファージ提示法により人工的 に取得されたペプチドであることを特徴とする請求項 41又は 42記載の機能性材料 の三次元構造体の製造方法。
[44] 無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにした細胞表層提示法により人工 的に取得されたペプチドであることを特徴とする請求項 41又は 42記載の機能性材 料の三次元構造体の製造方法。
[45] 無機材料結合ペプチドが、 RKLPDA (配列番号 1)又は RKLPDAPGMHTW (配 列番号 2)であることを特徴とする請求項 43又は 44記載の機能性材料の三次元構造 体の製造方法。
[46] 無機材料結合ペプチドが、自然界に存在するアミノ酸配列力 なるペプチドであるこ とを特徴とする請求項 41又は 42記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[47] 自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドが、珪藻タンパク質に由来するぺプ チドであることを特徴とする請求項 46記載の機能性材料の三次元構造体の製造方 法。
[48] 自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドが、自然界に存在するバイオミネラリ ゼーシヨンに関係したタンパク質に由来するペプチドであることを特徴とする請求項 4
6記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[49] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを融合した融合タンパク質 複合体であることを特徴とする請求項 41〜48のいずれか記載の三次元構造体の製 造方法。
[50] 融合タンパク質複合体が、多量体タンパク質複合体であることを特徴とする請求項 4
9記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[51] 融合タンパク質複合体が、コア'シェル構造を有するタンパク質複合体であることを特 徴とする請求項 49又は 50記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[52] 融合タンパク質複合体が、高等真核生物由来のフェリチンタンパク質複合体であるこ とを特徴とする請求項 49記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[53] 融合タンパク質複合体が、細菌に由来する鉄貯蔵タンパク質複合体であることを特 徴とする請求項 49記載の無機材料単層薄膜の製造方法。
[54] 融合タンパク質複合体が、ウィルス粒子又はウィルス外殻タンパク質複合体であるこ とを特徴とする請求項 49記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[55] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した化学修飾タン ノ ク質であることを特徴とする請求項 41〜48のいずれか記載の機能性材料の三次 元構造体の製造方法。
[56] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化 合物であることを特徴とする請求項 41〜48のいずれか記載の機能性材料の三次元 構造体の製造方法。
[57] 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、疎 水性ブロックと、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した親水性ブ ロックとのブロック共重合体であることを特徴とする請求項 56記載の機能性材料の三 次元構造体の製造方法。
[58] 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、枝 分かれの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したデンドリマ 一、又は、アームの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した スターポリマーであることを特徴とする請求項 56記載の機能性材料の三次元構造体 の製造方法。
[59] 機能性材料が、シリカ又はシリカ含有分子の薄膜であることを特徴とする請求項 41
〜58のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[60] 機能性材料が、酸ィ匕チタン薄膜であることを特徴とする請求項 41〜58のいずれか 記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[61] 酸化チタンが光触媒能を有することを特徴とする請求項 60記載の機能性材料の三 次元構造体の製造方法。
[62] 機能性材料が、半導体材料又は半導体ナノ粒子であることを特徴とする請求項 41〜
58のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[63] 機能性材料が、酸化金属材料又は酸化金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項
41〜58のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[64] 機能性材料が、塩化金属材料又は塩化金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項
41〜58のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体の製造方法。
[65] 三次元構造体が、配置制御三次元構造体又は多層薄膜三次元構造体であることを 特徴とする請求項 41〜64のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体の製造方 法。
[66] 無機基板表面に単層結合した、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表 面に提示する集合体を介して、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーショ ン反応の基質あるいは前駆体が、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン 能によりバイオミネラル層として形成され、さらに（a)形成されたバイオミネラル層表面 に単層結合した前記集合体を介して、 (b)前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラ リゼーシヨン反応の基質ある 、は前駆体が、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリ ゼーシヨン能によりバイオミネラル層として形成されて 、る、多層化構造 (a)及び (b) 力 1若しくは複数回繰り返されていることを特徴とする機能性材料の三次元構造体
[67] 無機基板表面に単層結合した、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを表 面に提示する集合体を介して、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼーショ ン反応の基質あるいは前駆体が、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン 能によりバイオミネラル層として形成され、この形成されたバイオミネラル層表面に無 機ナノ粒子を担持した前記集合体が単層結合され、さらに必要に応じて、（b)結合さ れた集合体を介して、前記無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン反応の 基質あるいは前駆体が、無機材料結合ペプチドのバイオミネラリゼ一シヨン能により ノィォミネラル層として形成され、（a)この形成されたバイオミネラル層表面に無機ナ ノ粒子を担持した前記集合体が単層結合されている、多層化構造 (b)及び (a)が、 1 若しくは複数回繰り返されて 、ることを特徴とする機能性材料の三次元構造体。
[68] 無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにしたファージ提示法により人工的 に取得されたペプチドであることを特徴とする請求項 66又は 67記載の機能性材料 の三次元構造体。
[69] 無機材料結合ペプチドが、無機材料をターゲットにした細胞表層提示法により人工 的に取得されたペプチドであることを特徴とする請求項 66又は 67記載の機能性材 料の三次元構造体。
[70] 無機材料結合ペプチドが、 RKLPDA (配列番号 1)又は RKLPDAPGMHTW (配 列番号 2)であることを特徴とする請求項 68又は 69記載の機能性材料の三次元構造 体。
[71] 無機材料結合ペプチドが、自然界に存在するアミノ酸配列力 なるペプチドであるこ とを特徴とする請求項 66又は 67記載の機能性材料の三次元構造体。
[72] 自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドが、珪藻タンパク質に由来するぺプ チドであることを特徴とする請求項 71記載の機能性材料の三次元構造体。
[73] 自然界に存在するアミノ酸配列力もなるペプチドが、自然界に存在するバイオミネラリ ゼーシヨンに関係したタンパク質に由来するペプチドであることを特徴とする請求項 7
1記載の機能性材料の三次元構造体。
[74] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを融合した融合タンパク質 複合体であることを特徴とする請求項 66〜73のいずれか記載の三次元構造体。
[75] 融合タンパク質複合体が、多量体タンパク質複合体であることを特徴とする請求項 7
4記載の機能性材料の三次元構造体。
[76] 融合タンパク質複合体が、コア'シェル構造を有するタンパク質複合体であることを特 徴とする請求項 74又は 75記載の機能性材料の三次元構造体。
[77] 融合タンパク質複合体が、高等真核生物由来のフェリチンタンパク質複合体であるこ とを特徴とする請求項 74記載の機能性材料の三次元構造体。
[78] 融合タンパク質複合体が、細菌に由来する鉄貯蔵タンパク質複合体であることを特 徴とする請求項 74記載の機能性材料の三次元構造体。
[79] 融合タンパク質複合体が、ウィルス粒子又はウィルス外殻タンパク質複合体であるこ とを特徴とする請求項 74記載の機能性材料の三次元構造体。
[80] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した化学修飾タン パク質であることを特徴とする請求項 66〜73のいずれか記載の機能性材料の三次 元構造体。
[81] 集合体が、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化 合物であることを特徴とする請求項 66〜73のいずれか記載の機能性材料の三次元 構造体。
[82] 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、疎 水性ブロックと、複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した親水性ブ ロックとのブロック共重合体であることを特徴とする請求項 81記載の機能性材料の三 次元構造体。
[83] 複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した有機高分子化合物が、枝 分かれの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合したデンドリマ 一、又は、アームの先端に複数の同一又は異なる無機材料結合ペプチドを結合した スターポリマーであることを特徴とする請求項 82記載の機能性材料の三次元構造体
[84] 機能性材料が、シリカ又はシリカ含有分子の薄膜であることを特徴とする請求項 66
〜83のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体。
[85] 機能性材料が、酸ィ匕チタン薄膜であることを特徴とする請求項 66〜83のいずれか 記載の機能性材料の三次元構造体。
[86] 酸化チタンが光触媒能を有することを特徴とする請求項 85記載の機能性材料の三 次元構造体。
[87] 機能性材料が、半導体材料又は半導体ナノ粒子であることを特徴とする請求項 66〜
83の 、ずれか記載の機能性材料の三次元構造体。
[88] 機能性材料が、酸化金属材料又は酸化金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項
66〜83のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体。
[89] 機能性材料が、塩化金属材料又は塩化金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項
66〜83のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体。
[90] 三次元構造体が、配置制御三次元構造体又は多層薄膜三次元構造体であることを 特徴とする請求項 66〜89のいずれか記載の機能性材料の三次元構造体。
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