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その場顕微赤外分光システム構築と水反応場解析への展開

Research Project

Project/Area Number 12J11009
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

宇部 卓司  東京理科大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords赤外分光 / 水 / 超臨界水 / 細胞 / 代謝 / 水溶液 / 水熱反応 / その場測定 / 水素結合 / 氷 / 第一原理計算
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、水溶液並びに液中で生きた細胞を赤外分光することができる装置を開発し、本装置の適用範囲が物理化学から、生物・医学分野まで及び生きた細胞の代謝の様子等、これまで測定することが困難であった事象をその場観察できることを実証してきた。特に、生きたマウスの胚細胞の赤外吸収スペクトルの経時変化を測定した結果、ガン細胞(MCA205)が正常細胞(NIH3T3)に比べて解糖系によるATP算出に偏っているというワールブルグ効果を、代謝生成物である乳酸の濃度増加という現象で捉えることに成功した。今後は細胞レベルの測定を組織レベルまで拡大することで、赤外分光によるガン診断の臨床応用へ発展させていくことが期待される。
しかし、研究を進めるにつれて反応場たる水の分光学的な特徴の重要性が示唆されてきたため、一旦基礎研究に立ち返り、水そのもののスペクトルの詳細な測定と第一原理計算による構造と赤外吸収のシミュレーションを行い考察を行った。その結果、臨界温度(648K)以上の水蒸気の状態では水分子が単体で回転振動をしている状態から圧力を増大させていくと、水分子の二量体中の水素結合したOH・O結合に起因すると考えられるピークが出現し、過去のマススペクトルと赤外分光を組み合わせた研究の論文及び、本研究で行われた計算機シミュレーションによって検証された。さらに圧力を増大させていくと、三量体以上の水分子の集合体の出現が確認されたが、これらを定量的に分離することは現時点で不可能であった。従って水を赤外分光で観察した場合、水の構造はその赤外吸収スペクトルから『水分子単体』『二量体』『三量体以上』という3つの状態の重ね合わせで表現できることが示され、温度・圧力の変化によってそれぞれの割合が変化することで、水・超臨界水・水蒸気の3つの状態を表現できることが示された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2014 2013 2012

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] In-situ Transmission Infrared Spectroscopy of Hydroxylation of Aluminum Thin Film and Subsequent Dehydration Processes2014

    • Author(s)
      Takuji Ube, Takashi Harumoto, Takashi Ishiguro
    • Journal Title

      Jap. J. Appl. Phys.

      Volume: 53 Issue: 6 Pages: 066701-066701

    • DOI

      10.7567/jjap.53.066701

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of Anti-Reflection Coating by Hydrothermal Treatment of Aluminum Films and Their Stabilization by Dehydration2013

    • Author(s)
      Aki Egashira, Takuji Ube, Yusuke Hosoki, Takashi Harumoto and Takashi Ishiguro
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 54 Issue: 6 Pages: 1025-1028

    • DOI

      10.2320/matertrans.M2013026

    • NAID

      10031176428

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of Liposome Reinforced with Cholesterol and Application to Transmission Electron Microscopy Observation2013

    • Author(s)
      M. Kamogawa, T. Ube, J. Shimanuki, T. Harumoto, M. Yuasa and T. Ishiguro
    • Journal Title

      MRS Online Proceedings Library

      Volume: 1498 Pages: 227-232

    • DOI

      10.1557/opl.2013.341

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Observation of Unstained Biological Tissue by Transmission FT-IR Microscopy2014

    • Author(s)
      Kanako Yamamoto, Takuji Ube, Tomoya Arai, Takashi Harumoto, Toshihiro Suzuki, Ryusin Mizuta, Ryo Abe and Takashi Ishiguro
    • Organizer
      2014 TAIWAN-JAPAN SYMPOSIUM ON POLYSCALE TECHNOLOGIES FOR BIOMEDICAL ENGINEERING AND ENVIRONMENTAL SCIENCES (PT-BMES 2014)
    • Place of Presentation
      National Tsing Hua University (NTHU),TAIWAN
    • Year and Date
      2014-09-12 – 2014-09-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] エタノール水溶液の透過赤外吸収スペクトルによる水和機構の解析2014

    • Author(s)
      宇部卓司, 中山璃子, 春本高志, 石黒孝
    • Organizer
      日本金属学会2014年春期講演大会
    • Place of Presentation
      東京都
    • Year and Date
      2014-03-21
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] In-vitro infrared spectroscopy for cancer diagnosis2014

    • Author(s)
      Takuii Ube, Kanako Yamamoto, Shuhei Ogawa, Takashi Harumoto, Ryushin Mizuta, Ryo Abe and Takashi Ishiguro
    • Organizer
      International Symposium on Technologies against Cancer 2014
    • Place of Presentation
      Tokyo, (Japan)
    • Year and Date
      2014-03-08
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 顕微水中FT-IRによる"生きた"細胞の赤外分光とがんの早期診断への展望2014

    • Author(s)
      宇部卓司, 山本佳奈子, 春本高志, 石黒孝
    • Organizer
      2014 Biomedical Interface Workshop
    • Place of Presentation
      沖縄県
    • Year and Date
      2014-03-01
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Infrared Spectroscopic Study on Hydrogen Bonding State of Aqueous Acetone Solution2013

    • Author(s)
      Takuii Ube, Toru Ishizuka, Takashi Harumoto and Takashi Ishiguro
    • Organizer
      2013 Japan-Taiwan Symposium on Polyscale Technologies for Biomedical Engineering and Environmental Sciences
    • Place of Presentation
      Hokkaido (Japan)
    • Year and Date
      2013-09-07
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of In-situ Transmission FT-IR Measurement of Supercritical Water2013

    • Author(s)
      Takuji Ube, Takashi Harumoto and Takashi Ishiguro
    • Organizer
      2013 MRS Spring Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco, California (USA)
    • Year and Date
      2013-04-04
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 水中FT-IR測定と第一原理計算による水中分子の振動状態可視化技術2013

    • Author(s)
      宇部 卓司
    • Organizer
      4th バイオメディカルインタフェース・ワークショップ
    • Place of Presentation
      沖縄県宮古島市
    • Year and Date
      2013-03-21
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] In-situ Infrared Spectroscopic Study of Hydrogen Bonds in Supercritical Water and Methanol2012

    • Author(s)
      Takuji Ube
    • Organizer
      TAIWAN-JAPAN SYMPOSIUM ON POLYSCALE TECHNOLOGIES FOR BIOMEDICAL ENGINEERING AND ENVIRONMENTAL SCIENCES
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2012-09-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 過冷却水中Mg水和反応その場・透過赤外吸収スペクトル測定2012

    • Author(s)
      宇部 卓司
    • Organizer
      日本金属学会2012年秋期講演大会
    • Place of Presentation
      愛媛県松山市
    • Year and Date
      2012-09-04
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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