2016 Fiscal Year Research-status Report
キラリティーが支配する両親媒性分子の自己組織化過程の光第二高調波顕微像観察
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16K17786
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
宮内 良広 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 講師 (70467124)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / キラリティー / 両親媒性分子 / 光第二高調波発生 / 顕微法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Langmuir-Blogett(LB)膜成膜法は、機能性材料作成の観点から、また生体膜理解の観点から近年注目を集めている。特にキラリティーを有する分子や微粒子の場合、おおよそ１００μｍ程度までのドメインを形成する二次元的な自己組織化過程において自己のキラリティーが支配する興味深い特性を示すことが知られているが、その機構は明らかではない。
本研究の最終的な目標は光第二高調波顕微(SHGM)像によるドメイン観察という新規手法の開拓を通じて、キラル分子特有の自己組織化過程の解明を行うことである。この目的を達成するため、本年度はLangmuir-Blodgett(LB)トラフの純水上の圧力制御された両親媒性分子のSHG観測を行う為の光学系を構築し、リン脂質モデル分子の成膜過程のSHG偏光観測を行った。また、SHG顕微鏡でスペクトルが得られる様光学系を改良し、遷移金属ダイカルコゲナイドのSHGスペクトルを取得した。
リン脂質モデル分子として生体膜の蛍光プローブとして用いられている3,3`-ジオクタデシルオキサカルボシアニン過塩素酸塩(C53H85ClN2O6)を用いた。この分子は強い電子供給サイトと受容サイトが長いπ共役で結合しているため強い非線形応答が期待され、またそれぞれのサイトが疎水性のアルキル鎖を持つため、リン脂質膜形成のSHG観測の予備測定に適切であると判断した。トラフ上にこの分子を純水上に展開し、圧力(π)－面積(A)曲線を取得した。得られたπ-A曲線には２相領域を示す相転移点とプラトー領域が観測された。このSHG観測を行ったところ、このプラトー領域で非線形分極の位相変化が起きるということを発見した。また、純水温度を33℃にすると明らかにプラトー領域をこえるとSHG信号が不安定になり、膜及びその極性構造が変化していることも分かった。
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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
初年度の目標はLBトラフの純水上の圧力制御された両親媒性分子のSHG観測を行う為の光学系を構築するところにあった。両親媒性色素分子の圧縮過程に伴うSHG信号を感度良く光電子増倍管によって観測を行うことができることを示せた。
具体的な光学系としてSpectra-physics社製Hurricane( 中心波長800 nm、繰り返し周波数:1 kHz,パワー:～800 mW)の基本光をLBトラフに入射角 ～45 °,25 mWで入射し、気液界面で反射されたSHG光を偏光子、分光器を通し、光電子増倍管で検出し、ゲート積分器で積算して信号強度を測定した。なお、出射光学系を切り替えて、光学顕微像観測が出来る様にしてある。まだSH顕微像観察は行っていないが、次年度のキラリティーを有するリン脂質膜観察を行う際に導入する予定である。
H28年度はリン脂質のモデル分子の成膜過程をSHG法で観測し、非線形分極の位相が顕著に変化することを発見し、自己組織化過程の理解という意味でも興味深い現象が起きることが分かった。
尚、本年度はこの試料のSHG顕微像の取得は行わなかったが、SHG顕微鏡の光学系も改訂し、750nm~1000nmの間でスペクトルが得られる様に改良した。
上記の様にH28年度の目標であるSHG光学系はほぼ完成し、リン脂質モデル分子の成膜過程の観測に成功したため、順調に研究が進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はH28年度の成果の解析を行うと供に、キラリティーを有するリン脂質膜の成膜過程のIn-situ SHG観測及びSHG顕微観察を行う。具体的にはH28年度に観測されたリン脂質モデル分子の成膜過程に伴う非線形分極の位相変化、極性構造の変化の原因の解明を目指す。この分子は光学活性ではないが自己組織化的に集合する分子膜形成、特にプラトー領域での膜形成過程の理解は本テーマとしても重要であり、また新しい知見が得られることが期待される。それ故、この分子がLiquid Condensed(LC)膜形成に伴い、会合状態を形成しているかどうかを線形分光法で調べ、またドナー-アクセプタの面直方向への反転が起きているかどうかをヘテロダインSHG法で観測を行う予定である。
一方、このリン脂質モデル分子やヘミシアニン分子と実際のキラリティーを有するリン脂質分子(ジパルミトイルホスファチジルコリン DPPC)と混合膜を作成し、分子キラリティーを反映したSHG信号を得られるかどうかを検証し、さらにSHG顕微法によるドメイン観察を通じ、分子キラリティーと単分子膜の結晶構造、分子配向由来のSHG信号との相関を調べる予定である。
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| Causes of Carryover |
当該年度は主にSHG光学系の構築に重きを置いたため、試薬購入や化学消耗品の購入を必要なものに厳選し支出を控えたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は控えていたリン脂質等の試薬購入や化学消耗品を含めて購入し、本格的にキラリティ-のある両親媒性分子の成膜過程のSHG顕微観測を行う予定である。また、高性能PCを購入し自己組織化過程の反応速度論に基づく理論的なモデルの構築を検討する。
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