DNA二重鎖内での電荷移動機構の解明

• Project/Area Number: 17651054
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nanostructural science
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 秋山 公男 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (10167851)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2005: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: メゾスコピック系 / 磁性 / ナノ材料 / 電子スピン共鳴 / ラジカル対

Research Abstract

本申請研究は、二重ラセン構造を持つDNA鎖の電荷移動の媒体としての特異性を明らかにすることを目的として行なわれた。このために、DNA二重鎖の構造的な不確定因子を除けるHair-pin構造を持つ合成DNAを主な研究対象として取り上げ、以下の点について、具体的な研究を進めた。i)多周波時間分解EPR法により、DNA鎖中で生成するラジカルあるいはラジカル対を直接捕捉し、その性質を明らかにする。ii)同一の塩基配列を持つ合成DNA二重鎖内のホールと電子の挙動を解明し、電荷輸送の全体像を明らかにする。平成17年度に得られた極低温での二重鎖内でのホールの性質についての結果を整理し、観測された時間分解EPRスペクトルの解析を進めた。二重鎖内のホールの性質をラジカル対の磁気的パラメータから明らかにし、その輸送機構との関連について検討を進めた。同時に、過渡吸収法による磁場効果測定も進め、EPR法の結果と相補的に用いることにより、ホール輸送は、極低温においてはHopping機構で起こっていることを確定した。また、ホール輸送の結果と対応させて、電子輸送機構についての研究へと展開したが、電子供与能の異なる二つの電子供与体系(Phenothiazine、Flavin)、いずれもDNA二重鎖への電子注入効率が低く、二重鎖内での注入電子の性質について明らかにする事は出来なかった。
17年度、18年度の研究を総括し、DNA鎖中で電荷移動機構を明らかにするとの当初の研究目的は、Hole輸送に関しては達成された。しかしながら、電子輸送に関しては依然として残された課題としてある。今後、電子輸送系についての研究への展開により、DNAの二重ラセン構造のもつ特異性についての研究の新たな局面を開拓されるものと確信している。

Research Products

• [Journal Article] Spin-Correlated Radical Pair in Synthetic DNA (2007)
  • Author(s): Satoru NAKAJIMA
  • Journal Title: A European Journal ChemPhysChem 8 Pages: 507-509
• [Journal Article] Time-resolved EPR and laser photolysis investigations of photoinduced ω -bond dissociation in an aromatic carbonyl compound having triplet ω_7ω^* character. (2006)
  • Author(s): Minoru YAMAJI
  • Journal Title: Chemical Physics Letters 417・(1-3) Pages: 211-216
• [Journal Article] Visible light induced paramagnetic sites in nitrogen-doped TiO_2 prepared by a mechanochemical method (2006)
  • Author(s): Yukihiro Yamamoto
  • Journal Title: Molecular Physics 104・10-11 Pages: 1559-1579
• [Journal Article] Photoinduced electron-transfer systems consisting of electron-donating pyrenes or anthracenes and benzimidazolines for reductive transformation of carbonyl compounds. (2006)
  • Author(s): Eietsu HASEGAWA
  • Journal Title: Tetrahedron 62・27 Pages: 6581-6588
• [Journal Article] Anisotropic Interfacial Electron Transfer Across a Semiconductor-Solution Interface Studied by Time-Resolved EPR (2005)
  • Author(s): Kimio Akiyama
  • Journal Title: Angew.Chem.Int.Ed. 44・23 Pages: 3591-3594
• [Journal Article] Photoinduced □-Bond Dissociation in the Higher Excited Singlet (S_2) and Lowest Triplet (T_1) States of a Benzophenone Derivative in Solution (2005)
  • Author(s): Yamaji Minoru
  • Journal Title: J.Phys.Chem.A 109・17 Pages: 3843-3848
• [Journal Article] Carrier Generation in Photoconductive Poly(N-vinylcarbazole) as Revealed by Multifrequency Time-resolved ESR (2005)
  • Author(s): Tadaaki Ikoma
  • Journal Title: Phys.Rev.B 71・15
• [Journal Article] spin Dynamic Study on the Electric Field Dependence of Carrier Generation (2005)
  • Author(s): Fuyuki Ito
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B. 109・15 Pages: 7208-7213
• [Journal Article] Carrier Generation Process on Photoconductive Polymer Films as Studied by Magnetic Field Effects on the Charge-Transfer Fluorescence and Photocurrent (2005)
  • Author(s): Fuyuki Ito
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B. 109・18 Pages: 8707-8717
• [Journal Article] Primary Charge-recombination in an Artificial Photosynthetic Reaction Center. (2005)
  • Author(s): Yasuhiro Kobori
  • Journal Title: Proc.Nat.Acad.Sci.USA 102 Pages: 10017-10022