2016 Fiscal Year Research-status Report
光で誘起する電子と核のスピン分極発生現象と革新的なタンパク質水和圏計測法
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16K13926
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
河合 明雄 東京工業大学, 理学院, 准教授 (50262259)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | キサンテン系色素 / ニトロキシドラジカル / 電子スピン分極 / 核スピン分極 / 溶媒和圏 / パルスESR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、溶質分子の溶媒和圏に対する高感度な磁気共鳴観測法の開発に取り組み、特にその方法のタンパク質溶媒和圏観測への応用を目指している。新規な観測法開発に当たっては、化学物質の持つ電子や核スピン角運動量に対して光照射によって異常分極を誘起し、これを利用して磁気共鳴観測の高感度化を図る。初年度は、光誘起の電子スピン分極発生とその溶媒和構造依存性についての基礎的な知見を実験的に取得し、次年度の核スピン分極発生現象への展開の足がかりとした。過去に研究代表者らが発見・解明した「ラジカルによる光励起状態緩和における電子スピン分極発生現象」を活用する研究指針においては、電子スピン分極発生が溶媒和構造と密接に関連することが必須条件となる。このような系の候補として、有機分子や一重項酸素など、様々な分子サイズの励起状態分子を検討した。その結果、キサンテン系色素で興味深い結果を得た。
初年度は、キサンテン系色素の可視パルスレーザー光照射による電子励起状態生成と、そのニトロキシドラジカルによる緩和過程でニトロキシドに発生する電子スピン分極について溶媒依存性を詳細に研究した。ニトロキシドラジカルに発生する電子スピン分極の大きさをパルスESR法で定量し、電荷移動や電子交換など様々なスピン分極発生要因について検討（主たる購入設備品を利用）したところ、著しい溶媒サイズ依存性が見出された。また、キサンテン系色素とニトロキシドの系では、励起三重項の緩和速度定数に溶媒サイズ依存性が見出された。これらの情報を総括し、キサンテン系色素は溶媒和した常態でラジカルと衝突し、エネルギー緩和することを結論した。電子スピン分極にこのような明瞭な溶媒サイズ依存性が観測されたことは、キサンテン系色素とニトロキシドの系のスピン分極がこれらの分子の溶媒和圏の情報を得る手がかりになることを示唆し、大変重要な成果であった。
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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
溶媒和圏観測に適したモデル系を見出すことが重要であったため、初年度に見出したキサンテン系色素とニトロキシドの系の電子スピン分極に対する溶媒サイズ依存性は、満足のいく成果であった。
研究計画では、磁気共鳴装置の共振器に工夫を施し、核スピンと電子スピンの分極計測を同時に行なうことを目指した。しかし、予定外であったこととして研究代表者の人事異動による装置引越しが入り、進捗に遅れが生じた。この点が懸念材料であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発する新規な溶媒和圏開発法を成功に導くために必要な、モデル的観測対象がみいだされたため、2年目にはこの系に対し、電子スピン分極による角運動量がどのように溶媒和圏を構成する溶媒分子に伝わるかを詳細に調べる。溶媒分子に発生すると予測している核スピン分極について、通常のNMR観測法およびESR共振器内のNMRコイルを利用した計測法を併用した観測を行なう。また、同時進行で、タンパク質とキサンテン系色素の混合水溶液へのレーザー照射とスピン分極発生についても観測実験を実行する。
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| Causes of Carryover |
2016年度末に、当初予定していなかった研究代表者の人事異動があったため、
装置の引越しの必要性から装置開発関係の計画を一時停止した。そのための
経費を保留し、次年度に使用することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
2016年度に行なう予定であったESR共振器の改造を、2017年度に行なう。これに
かかる装置開発費用の一部を、繰り越した補助金でまかなう予定である。
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Research Products
(2 results)
