2018 Fiscal Year Annual Research Report
3 dimensional imaging of photochemical quantum magnetic compasses.
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18H01184
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
前田 公憲 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70229300)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | クリプトクロム / 磁気感受 / ラジカル対 / キャビティリングダウン / 磁場効果 / 低磁場効果 / 磁気コンパス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は従来の過渡吸収測定法を，より飛躍的に改善する事により１）サンプルをいたわりつつも，測定感度を向上させ，同時に安定な測定を実現する事による測定精度の向上，２）3次元コイルを用いたラジカル対ダイナミクスの3次元可視化による異方的な磁場効果測定法の確立，等を目的とする．昨年度は特に１）に着目し以下のように研究を進めた．
１）OPOレーザを導入する事により，クリプトクロム系を安定かつサンプルをいたわりつつ励起する条件を整えると同時に，OPOレーザをプローブ光とした新しい波長可変型キャビティリングダウン過渡吸収（CRD-TA）測定を行った．CRD-TA法は測定感度を飛躍的に改善することが出来るが，本研究では励起光としてLD励起パルスレーザを用いることにより，過去に研究代表者・前田らが報告した従来型のYAGレーザ励起によるCRD-TAと比較して，磁場効果を測定する際のショットバイショットの安定性が約１０倍高くなる．よって数十倍から百倍程度の測定時間の短縮が期待され，サンプルに照射する光の量を抑えることが可能である事を意味する．
２）一方で，クリプトクロムとは異なる一般的なタンパク質である，血清アルブミン，卵白リゾチームとアントラキノン誘導体とを結合させ光化学反応による磁場効果を検討した．両反応系により生成するラジカル対は同じラジカル種により構成されるが，磁場効果は大きく異なる事が明らかとなった．リゾチーム系では磁場効果は通常の超微細結合メカニズムと緩和メカニズムによるものであったが，アルブミン系ではアントラキノン誘導体ラジカルが結合ポケットから脱出できずに，極めて小さな磁場中での磁場効果（低磁場効果）を持つ事が明らかとなった．この低磁場効果はクリプトクロムにおいて数点観測されているが，タンパク質系でこのようにクリアに観測されたのは初めてであり，今後の展開が期待される．
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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
昨年度の目標である，OPOレーザの導入によるキャビティリングダウン法による測定にはすでに成功している．さらに予想外の成果として，タンパク質系において新しい低磁場効果を発見したことは，それらを用いてタンパク質系における異方的な磁場効果測定を行う事が可能である事を示しており，現在合成にチャレンジしているクリプトクロムを用いなくても，磁場効果の3次元可視化実験のテストは可能であり，研究を進める上で有利だと期待される．一方で，OPOレーザが納入後しばらく初期不良のため使えなかったことなどから，測定法の構築に予想以上の時間がかかり，磁場効果測定用のセル周りや三次元コイルの設計等が遅れている．しかしながら，それらは本年度には完了することが期待され，いよいよ本格的な測定に入る事が可能であると考える．一方で当初コイルの購入を計画していたが，予算の都合からコイルは自作することにした．この決定は，むしろ３Dプリンタ等を駆使して測定をした方がよりカスタマイズされたコイルを多数試作できるであろうという判断によるものであり，安価でコイルを巻くための器具を購入した．
以上の内容について総合的に判断して，いくつかのつまづきはあったものの本研究はおおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度においては，１）3次元コイルとサンプルセルホルダ系の構築，２）冷却水循環式による温度可変システムの導入による低温でのキャビティリングダウン測定法の構築，３）水―グリセロール系を用いて分子の回転を抑えて異方的な磁場効果測定にチャレンジする．既に冷却水循環装置は購入済みであり，セル表面の結露対策等も終わっている．3次元コイルが製作したのち，それらをキャリブレーションする事により異方的な磁場効果測定の準備を行う．並行してクリプトクロムの合成は行われているが，テストサンプルとして牛血清アルブミンとアントラキノン誘導体の混合系を用いることが出来る．すでにESRの光偏光依存性から，若干ではあるがこの反応における異方的なスピン分極の生成が確認されており，磁場効果の異方性を見るのに十分な反応系であると考えられる．
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Research Products
(8 results)
