Adsorption Phenomena and Structures in Lipid Monolayer Systems

Abstract

Spread monolayers of lipids at the air/water inter face have been used as simplified cell membrane model systems for studying intermolecular interactions and lipid membrane-related biological phenomena under controlled environments. In addition, the monolayers have also ser ved as biomi-metic platforms which allow adsorption and/or self-organization of not only biological molecules but also ar tificial compounds. In this review, fundamental proper ties of lipid spread monolayers and features in studies with the monolayers are briefly presented, and then evaluation methods for adsorption phenomena and structures in the monolayer systems are explained with some examples. Key words: spread monolayer, air/water inter face, lipid, adsorption, biomembrane model 1 はじめに 細胞膜を介したタンパク質やペプチドなどの生体機能 物質の授受，あるいは脂質分子間や細胞膜-機能物質間 の相互作用の理解は，複雑な生体現象の理解やドラック デリバリーシステムをはじめとした医薬品開発のために 重要な知見を与えることが期待される。実際の細胞を用 いた生化学的な研究はもちろん重要であるが，一方で， 人工脂質膜という単純化したモデル系を用いて，脂質膜 の性質や細胞膜機能をつかさどる素過程や因子を物理化 学的に解明しようという試みも続けられている。また， 人工細胞膜は，様々な物質の吸着・集積化による機能性 界面の構築のためのプラットホームとしても利用されて いる。本稿では，平面状の細胞膜モデルの特徴を概説し た後，気／水界面の脂質単分子膜の物性・構造や単分子 膜への吸着現象の評価法を幾つかの例とともに紹介した い。 2 平面状人工脂質膜 Fig. 1 には代表的な平面状人工脂質膜を模式的に示 す。いずれの膜も，作製法や形成される場，得意とする 研究対象，適用できる分析・解析手法などの点で特徴が ある。 （a）の展開単分子膜は，水に不溶な両親媒性物質を， 揮発性有機溶媒を用いた溶液から水面上に展開し，溶媒 の蒸発後に残った膜を，それを挟んだバリアを用いて二 次元的に圧縮することによって作製される。水に不溶な 両親媒性物質を用いることから不溶性単分子膜，あるい はこの単分子膜に関する多くの優れた研究成果を残した ノーベル賞受賞者 I. Langmuir の名をとって Langmuir 単分子膜（L 膜）などとも呼ばれる。この単分子膜は， 生体二重膜の 1 枚分の構造しか持たないことになるが， 成膜操作が簡便であることや， 表面圧と分子占有面積 （ま たは膜面積）による単分子膜状態のモニタリングが可能