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Development of spin-contrast-variation neutron diffractometry

Research Project

Project/Area Number 19J23744
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 80040:Quantum beam science-related
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

三浦 大輔  山形大学, 大学院理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
KeywordsDNP / スピンコントラスト / 中性子散乱 / 中性子粉末回折法 / 核偏極 / 中性子回折法 / スピンコントラスト法
Outline of Research at the Start

タンパク質や薬,物質などの機能を決定する上で水素の位置が非常に重要であり, 工学・化学・生物・製薬など広い分野で水素位置を特定したいという要望がある。水素位置を特定するのに中性子回折法と呼ばれるレントゲンのようなものを用いるが, 位置情報を持つ信号は微小なものであり, 特定が難しい。そこで原子核が持っている"スピン"と呼ばれる量を揃える核偏極という技術を用いることで位置情報を持つ信号を高感度で取得できる。本研究は核偏極技術を応用し, 中性子回折法で水素位置の信号を高感度で取得する手法を確立する。

Outline of Annual Research Achievements

本年度はスピンコントラスト変調中性子回折法を用いて、近年新たに開発された高強度セルロースナノファイバーのゲル化メカニズムの解明を目的に研究に取り組んだ。スピンコントラスト変調中性子回折法は中性子の散乱確率が水素核のスピンによって変化する性質を利用した構造解析法であり、スピンを標識として試料の水素を中心とした構造情報を得ることができる。
スピンコントラスト変調中性子回折法では、試料の水素核スピンをある一定方向に揃える(偏極)必要があり、試料に偏極源分子の添加を要する。昨年度までは結晶性試料を粉末にし、偏極源分子を含んだ溶媒に粉末試料を分散させることで添加を実現してきた。しかしながら高強度セルロースナノファイバーを粉末にすることは困難である。また粉末にすると、圧縮性を備えたゲル化状態とは異なってしまう。そこで粉末にせず、ゲル化状態を保持したままでの中性子散乱測定を実現を目指した。
セルロースナノファイバーゲルの多孔質性による吸水性に着目した。偏極源分子を融解させた水溶液をファーバーゲルに吸水させ、偏極源分子の添加を試みた。中性子散乱で水からのバックグラウンドを抑制するため、凍結乾燥により構造を保持したまま水を排除した。凍結乾燥後に試料の偏極源分子の濃度を測定し、偏極可能な状態であることを確かめ、中性子散乱を実施し、ファイバーのゲル化に水素の関与を示す結果を得られた。
ファイバーのゲル化のような物質の機能発現などには水素が関与していると言われている。機能発現メカニズムを構造的観点から理解し、また機能発現を実現する材料の開発などに本研究は貢献できると考えられる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Extraction of Hydrogen Location in Molecular Crystals in Spin-Contrast-Variation Neutron Powder Diffractometry2021

    • Author(s)
      MIURA Daisuke、KUMADA Takayuki、IWATA Takahiro
    • Journal Title

      Nihon Kessho Gakkaishi

      Volume: 63 Issue: 4 Pages: 287-293

    • DOI

      10.5940/jcrsj.63.287

    • NAID

      130008130207

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • Year and Date
      2021-12-15
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Development of spin-contrast-variation neutron powder diffractometry for extracting the structure factor of hydrogen atoms2021

    • Author(s)
      Miura Daisuke、Kumada Takayuki、Sekine Yurina、Motokawa Ryuhei、Nakagawa Hiroshi、Oba Yojiro、Ohhara Takashi、Takata Shin-ichi、Hiroi Kosuke、Morikawa Toshiaki、Kawamura Yukihiko、Ohishi Kazuki、Suzuki Jun-ichi、Miyachi Yoshiyuki、Iwata Takahiro
    • Journal Title

      Journal of Applied Crystallography

      Volume: 54 Issue: 2 Pages: 454-460

    • DOI

      10.1107/s1600576721000303

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Gelation mechanism of freeze-crosslinked cellulose nanofiber gels with high compressive strength2021

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      日本化学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的核偏極標的を用いた偏極中性子散乱2021

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 偏極標的応用~ 中性子散乱による物質の構造解析~2021

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      スピン物理学の展望
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] スピンコントラスト粉末中性子回折法の開発2020

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      日本中性子科学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] スピンコントラスト中性子粉末結晶構造解析法の開発2020

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      ハイドロジェノミクス研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] スピンコントラスト中性子散乱を用いた複合材料の構造解析2020

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      第33回日本放射光学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] メカニカルドーピングによる動的核偏極有機結晶を用い た偏極中性子散乱22020

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] スピンコントラスト粉末結晶構造解析法の開発2019

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      東北大金研-CROSS ワークショップ
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] スピンコントラスト粉末結晶構造解析法の開発2019

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      第 58 回 NMR 討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] メカニカルドーピングによる動的核偏極有機結晶を用い た偏極中性子散乱2019

    • Author(s)
      三浦大輔
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 核スピン偏極化試料での偏極中性子回折による構造解析法の開発

    • URL

      https://www.sci.yamagata-u.ac.jp/news/detail/703/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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