2021 Fiscal Year Annual Research Report

Direct observation of multiple reaction pathway and transition state ensembles in molecular systems having large degree of freedom by single molecule measurements

Research Project

Project/Area Number	17KT0009
Research Institution	Osaka City University
Principal Investigator	迫田憲治大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (80346767)
Project Period (FY)	2017-07-18 – 2022-03-31
Keywords	微小液滴 / 顕微分光 / 油中水滴
Outline of Annual Research Achievements	大気中に空間捕捉された微小液滴に外部から光を照射すると，光は液滴内部に閉じ込められる。これは，液滴の気液界面で光が全反射するためであり，大気中の微小液滴は微小な光共振器として振る舞う。本研究では，単一微小液滴の顕微イメージングおよび顕微分光を行うことによって，溶存色素および色素標識タンパク質の振る舞いを明らかにすることを目的とした。本研究では特に，負電荷を帯びた分子であるKiton Red (KR)を溶存した微小液滴からの蛍光測定を行うことで，液滴内部の分子の空間分布を調査した。エレクトロスプレーを用いて生成したKRを含む単一の帯電微小液滴をイオントラップで空間捕捉し，波長が532 nmの励起光を液滴に照射した。対物レンズを用いて捕集した蛍光を分光器とCCDカメラに取り込み，蛍光スペクトルと蛍光画像の同時連続測定を行った。液滴の蛍光画像の偏光依存性を調べたところ，蛍光の偏光方向と液滴界面が平行な領域から強い蛍光が，垂直な領域から弱い蛍光が観察されることが分かった。これは液滴内部でKRが空間的に配向していることを示している。また，当研究室において以前に行われたRhodamine B(RhB)の実験結果と比較すると，蛍光面積強度比はKRの方が小さいことが分かった。また蛍光画像の比較から，液滴の界面近傍に偏在する分子数はKRの方が少ないことが分かった。以上から，蛍光面積強度比は液滴内部の分子の空間分布を反映することが分かった。KRは負電荷，RhBは正電荷を帯びた分子であることから，液滴内部の分子の空間分布は液滴に溶存する分子の電荷に依存することが示唆された。さらに，色素標識されたシトクロムcを溶存した微小油中水滴の蛍光画像を測定したところ，油中水滴のサイズに依存して，シトクロムcの構造安定性が異なることが分かった。