2019 Fiscal Year Annual Research Report
単一微小液滴が引き起こす光の量子効果を用いたタンパク質構造ゆらぎの一分子測定
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19H02678
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
迫田 憲治 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (80346767)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 微小液滴 / イオントラップ / 蛍光測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体関連分子の構造ゆらぎを十分な時空間分解能で観測することは，「生体分子の機能」を理解するための第一歩になるはずである。蛍光プローブ分子を用いた蛍光顕微分光は生体分子の構造変化を追跡する有力な手段であるが，その時間分解能は蛍光検出感度で決まる。一方，大気中に空間捕捉された単一微小液滴は，微小な光共振器として振る舞うことが知られており，この性質を利用することによって，溶存分子が放出する蛍光を高感度に検出できると考えられる。しかしながら，大気中に空間捕捉された微小液滴の場合，溶媒の蒸発による液滴径の変化が顕著であるため，液滴を捕捉するチャンバー内の湿度および温度の管理が必須である。本年度の研究では，液滴を長時間，安定に空間捕捉するための液滴捕捉チャンバーを独自に開発した。
今回開発した液滴捕捉チャンバーは，独自構造をもった液滴捕捉電極と断熱容器から構成されている。捕捉電極は三個の特徴的な電極からなり，両端がEndcap電極，中央の箱型の電極がRing電極である。Ring電極に数百Hzの変調電圧を印加することで捕捉電場を形成する。捕捉した液滴にRing電極に空けた穴から励起光を当て，励起光と直交方向に設置した対物レンズを用いて液滴からの蛍光を捕集する。一方，断熱容器本体の壁は内部が中空になっており，断熱材を充填することで断熱性能を高める設計にした。また温度調節器内部に恒温槽から液体を循環させることで，チャンバー内部の温度を調節する。そして湿らせた窒素ガスを導入することで，チャンバー内部の湿度を調節する。
実際に製作した液滴捕捉電極と断熱容器を用いて実験を行ったところ，断熱チャンバー内部の温度を下げると，液滴からの溶媒の蒸発が減少することが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今回開発した液滴捕捉電極と断熱容器を用いて，容器内の温度および湿度管理実験を行ったところ，液滴からの溶媒の蒸発速度は低下したが，設計時に予測した性能には達していないことが判明した。断熱容器内の湿度および温度分布を詳細に調べたところ，容器内の湿度が不均一になっていること，および，湿度の値が想定よりも低いことが分かった。容器内の湿度管理は，水蒸気を含む窒素ガスをフローさせることによって行っているが，容器内の形状が原因で窒素ガスのフローが上手くいっていない可能性が示唆された。研究遂行上，断熱容器内を長時間にわたって高湿度に保つことが必須であるため，断熱容器とそれに設置する液滴捕捉電極の改良が必要となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回開発した液滴捕捉電極は，我々が以前から使用してきたエンドキャップトラップ（イオントラップの一種）と比べて大型である。液滴捕捉電極の形状は，液滴捕捉の安定性と蛍光捕集効率の兼ね合いを考慮して決定したが，電極が大型であるがゆえに断熱容器内の窒素ガスの流れに悪影響を及ぼしている可能性が高い。事実，湿度だけでなく，容器内温度も，電極近傍と電極から離れた位置では数℃のギャップが存在する。この問題を解決するため，今後は液滴捕捉電極の形状をエンドキャップトラップに近い構造に変更したうえで液滴の捕捉安定性の評価を行う。
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