2020 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of microscopic Soret effect utilizing periodic plasmonic heating in mesoscale
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18K03570
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| Research Institution | Japan Women's University |
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Principal Investigator |
島田 良子 日本女子大学, 理学部, 教授 (90346049)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | DNA / Soret効果 / プラズモン発熱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、溶液中のDNAが示す巨視的 Soret 効果の分子論的な機構の理解を目指して、DNAの平均末端間距離R_DNAと同程度の周期長で変動する分子スケールの温度勾配下のDNA分子に着目して、その局所的形態変化と空間移動 (微視的 Soret 効果) の詳細を、DNA分子量や共存するPEGの効果も含めて、実験的に明らかにすることを目的とした。本研究の主な成果は、次の通りである。
(1) ポリスチレン微粒子(粒径50μm)を用いたNanosphere Lithography法により三角格子状の銀ドメイン配列を作製し、この配列の表面プラズモン効果による発熱が大きな振幅を有する周期的温度勾配をもたらすことをサーモトロピック液晶を利用した可視化実験で確認した。この銀ドメイン配列ではドメインーエッジが高温、ドメイン間の中点が低温となった。さらに、最大温度勾配は約0.5K/μm であることも確認された。
(2) 蛍光色素を標識したDNA分子（塩基対数165kbp、平均末端間距離～56μm）を7.0wt%のPEG（ポリエチレングリコール）と混合した水溶液を調製し、この溶液を銀ドメイン配列と接触させて、蛍光顕微鏡観察を行った。その結果、この配列のプラズモン発熱による周期的温度勾配下で、DNA分子の形態変化および空間移動を可視化することに成功した。温度勾配下でのDNA分子がドメインーエッジ（高温部）に向かって移動し、その場に留まって伸縮運動する様子が観察された。この結果から、PEG溶液中のDNA分子は正のSoret効果を示すことが確認された。
(3) 上記の実験結果に基づき、温度勾配下におけるDNA分子を、高温部からの引力を受ける小球をガウス-バネで繋いだダンベルとしてモデル化し、そのブラウン運動のシミュレーションを行った。その結果、温度勾配下では、ダンベルは高温部に局在化され、非フィック型の拡散を示すことが見出された。
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