材料化学：コヒーレントに動的でオーセチックな二次元タンパク質結晶の自己集合

二次元（2D）結晶材料は、構造的、機械的、電気的特性が特異なことから、多くの応用において非常に魅力的なものとなっている。一層もしくは数層の原子層や分子層からなる2D材料の作製は進歩したが、2D結晶材料のボトムアップ型の集合化は依然として難しく、開発の盛んな領域となっている。大規模運動が可能な動的2D格子を、結晶性を損うことなく設計するのは、さらに困難である。多孔性三次元（3D）結晶固体の動的挙動は、刺激応答機能や適応挙動に利用されてきた。そうした3D材料に見られるように、2D結晶格子にも柔軟性と適応性を組み込むことができれば、2D材料の機能の幅が大きく広がる可能性がある。今回我々は、容易に利用できる設計戦略を用いて、担持されていない2Dタンパク質格子を精密な空間配置とパターンで自己集合させたことを報告する。C₄対称性タンパク質RhuAの単一点変異体と二重点変異体の計3つが、異なる分子間相互作用モード（単一ジスルフィド、二重ジスルフィド、金属配位）を経て集合し結晶2Dアレイを形成するよう設計を行った。単一ジスルフィド相互作用に柔軟性があることから、変異体の1つ（^C98RhuA）の格子は、本質的に欠陥がなく、大きな、しかし十分に相関した分子配置変化が起こるため、コヒーレントに動的な2D分子格子となる。^C98RhuA格子が示すポアソン比は、−1（等方性材料がとり得る熱力学的に可能な最低値）であり、この格子はオーセチックなものとなる。

目次へ戻る