ナノテクノロジー：脂質二重層と生細胞膜におけるカーボンナノチューブを通した確率的輸送
Nature 514, 7524 doi: 10.1038/nature13817
高い効率と優れた選択性でイオンや分子を輸送する生体膜チャネルの合成類似物の開発に、大きな関心が寄せられている。ボトムアップ式やトップダウン式の方法で、内因性タンパク質チャネルと同等の大きさのナノ細孔を作成できるが、親和性と輸送特性の再現はまだ困難である。原理的には、カーボンナノチューブ（CNT）は、理想的な膜チャネル・プラットフォームのはずである。CNTは、優れた輸送特性を示し、その疎水性の狭い内孔が生体チャネルに典型的な構造モチーフによく似ているからである。さらに、脂質二重層膜の厚さと同等の長さのCNTが、脂質二重層膜に自発的に入り込んでいくことが、シミュレーションによって予測されている。実際、官能基化CNTが脂質膜や細胞壁を貫通することが見いだされており、短いチューブを膜に押し込むことによってセンサーが作製されている。しかし、短いCNTの膜輸送への応用は、まだ十分に検討されていない。今回我々は、脂質二重層や生細胞膜に短いCNTが自発的に入り込んでチャネルを形成し、そのチャネルが生理条件下で70～100ピコジーメンスの単位コンダクタンスを示すことを明らかにしている。この「CNTポーリン」は、構造が単純であるにもかかわらず、水、プロトン、小イオン、DNAを輸送し、準安定コンダクタンス・サブ状態間で確率的にスイッチングし、特徴的な巨大分子誘起イオン電流遮断を示す。我々は、局所的なチャネル電荷と膜電荷によって、CNTポーリンのコンダクタンスとイオン選択性を制御できることも明らかにしている。従って、今回のナノ細孔は、細胞インターフェースの開発、生体チャネルにおける輸送の研究、確率的センサーの作製のための有望な生体模倣プラットフォームとして確立される。
