| Project/Area Number |
21H04674
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo |
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Principal Investigator |
石内 俊一 東京工業大学, 理学院, 教授 (40338257)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平田 圭祐 東京工業大学, 理学院, 助教 (80845777)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥42,380,000 (Direct Cost: ¥32,600,000、Indirect Cost: ¥9,780,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2021: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
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| Keywords | イオン選択性分子 / イオンチャネル / イオノフォア / 冷却イオントラップ法 / レーザー分光 / 冷却イオントラップ分光 |
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| Outline of Research at the Start |
イオンチャネルやイオノフォア，またクラウンエーテルに代表されるイオン選択性分子では，そのイオン選択性に水和効果が不可欠である。このことは，平衡論的には単純に理解できるが，イオンの透過や包接・放出などの過程に対して，水和効果がどの様な役割を担っているのかは，実験的には全く分かっていない。この様な非平衡過程に対する水和効果を明らかにするためには，分子レベルでの水和効果（微視的水和効果）を解明する必要がある。本研究では，水和を水分子１個ずつ制御できる冷却イオン分光を用い，理論計算を併用することで，イオン選択性に対する微視的水和効果を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
実験室の移動があり，実験装置を移設したところ，水素クラスターが生成しなくなるというトラブルが発生した。これに対処するために，当初の計画を一部変更した。
１）振動を伴わない冷凍機への変更 水素クラスターが生成しなくなったのは，移動時の振動により冷却イオントラップの冷凍機への取り付けが緩くなったことで，イオントラップ本体が十分に冷却されなくなったためであることが分かった。また，これまでも徐々に冷却イオントラップの温度が上昇することが問題になっており，これはGM冷凍機の振動が原因である。水素クラスター生成は赤外スペクトル測定に不可欠であるため，振動がないパルスチューブ冷凍機に変更することとし，そのための装置改造に着手した。
２）Ca2+イオンチャネルのイオン選択性の研究 Ca2+イオンチャネルの選択フィルター部分ペプチドのCa2+錯体及びCd2+錯体の水和クラスターの研究を行った。Ca2+の場合は水分子が９個付加するとCa2+と選択フィルター部分ペプチドの間に水分子が挿入した構造が観測されるが，Cd2+の場合は同じ個数の水分子を付加してもその様な構造が観測されないことが分かった。Cd2+はCa2+イオンチャネルを透過しないが，これは，Cd2+が選択フィルターに直接結合するためではないかと考えられる。
３）ビューベリシン・アルカリ土類金属錯体の研究 ビューベリシンのアルカリ土類金属イオンに対する選択性を検討した。アルカリ土類金属イオンではMg2+, Ca2+に選択性を持つことが質量スペクトルから分かり，赤外分光で構造を検討したところ，これらはビューベリシンの環の中央に捕捉されるのに対して，Sr2+, Ba2＋ではその様な構造にならないことが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
実験室の移動があり，装置のトラブルが発生し，その対処に研究計画を一部変更せざるを得なかった。研究計画の内，イオン選択性分子の研究については順調に進展したが，装置改造に関する部分は冷凍機変更に伴う装置改造に多くの時間を費やすこととなった。ただ，文字数制限で研究実績には述べていないが，当初計画のイオン源の増設については，ナノスプレーを取り付けるために必要な部品等の製作を行い，動作確認が可能な状況になっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
1)極低温イオントラップの改造 現在の極低温イオントラップは冷凍機からの振動により取り付けネジが緩んでしまい，冷却効率が低下する問題があることが分かった。常に真空にしておくことが望ましいため，振動が発生しない冷凍機に置き換え，それに伴うイオントラップの改造を行う。
2)Ca2+イオンチャネルのイオン選択性の研究 昨年度に引き続きCa2+イオンチャネルの選択フィルター部分ペプチドのCa2+錯体の水和クラスターの研究を進める。Ca2+, Cd2+以外の金属イオンにも同様の研究を展開し，水和金属イオンの選択性について分子構造に基づいて議論する。また，外国人研究協力者と共同で研究を進めることで ，研究を加速する。
3)K+イオンチャネルのイオン選択性の研究 K+イオンチャネルのイオン選択性の研究は，これまで選択フィルター単量体とK+との錯体について研究してきたが，実際の系では選択フィルターは4量体を形成しており，特に水和効果の研究を行うには選択フィルター4量体とK+の錯体を取り扱う必要がある。そこで，カリックスアレンを足場として選択フィルター4量体を合成し，そのアルカリ金属錯体に対して冷却イオントラップ赤外分光法を適用し，錯体構造のアルカリ金属イオン依存性を検討する。
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