2020 Fiscal Year Annual Research Report
生体膜反応を模擬した電荷膜透過反応の空間的共役の原理解明のための電気化学計測
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20H02765
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 耕治 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 教授 (00229303)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 液液界面 / 電荷移動共役 / 膜透過 / 電位振動 / 伝播と同期 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．空間的に分離した部位でのイオン透過と電子透過の共役反応の精密計測
「共役の基本的測定法の確立」と「共役の基本的原理の確立（秒オーダーでの共役）」については、一つの液膜での共役原理と分離した液膜サイトを通じた共役原理が根本的に異なることを証明した．この原理により，共役速度の律速段階やイオン透過の選択性などが特異的となることを実証した．現在，達成できた共役の基本原理に関して論文を執筆中である。共役初期過程での電気的中性の成立の調査（ミリ秒オーダーでの共役）については、ドメイン間での電気容量成分等の違いから生じる両ドメイン間でのファラデー電流成分の時間差を解析する。すなわち、電子移動とイオン移動の時間差による電気的中性の破れの可能性を実証する。この点については、2020年度にミリ秒オーダーの初期過程では、電子移動とイオン移動で応答にずれが生じるという端緒的結果を得た．
２．複数の電位振動反応間の伝播速度と伝播経路の精密計測
2つあるいはそれ以上の電位振動系が同期する条件とその機構について明らかにするために，電気パルスの界面伝播とバルク伝播という2種類の伝播過程を区別する測定法を開発し、これまでに推論している界面伝播の優越性の確証を得る準備ができた．界面伝播については、蛍光性界面活性剤のレ ーザーによる追跡と電気化学の同時測定の方法と実験系を確立した．今後，イオン対として界面伝播することを証明するために，対イオンの方も蛍光化することにより振動機構の解明につなげる予定である。3つの振動系での新奇な伝播様式の端緒を発見した。今後はさらに空間的配置との関係、4つ以上の伝播様式について検討する予定である。
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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
導入したハイスピードカメラシステムにより，レーザー励起された界面活性剤の動きを，電位信号と同時に撮影する実験系を確立することができたので，順調である．
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| Strategy for Future Research Activity |
共役系のテーマでは，2020年度にミリ秒オーダーの初期過程では、電子移動とイオン移動で応答にずれが生じるという端緒的結果を得たので、2021年度は有機液膜から薄膜に拡張する。電流分布の磁気測定からファラデー成分と容量成分（電気二重層）の区別を図る計画について進めていく。共役初期過程での共役速度の距離依存性の測定については、ドメイン間の距離をμmオーダーからmmオーダーまで変える。ミリ秒オーダーの 初期過程と秒オーダーの定常状態との違いを観察する計画については2020年度に進んだので、2021年度は空間的依存性について膜相の厚みにまで拡張する予定である。
振動の同期系のテーマでは，新しく構築したカメラシステムにより，界面活性剤および対イオンの蛍光を追跡し，界面伝播の機構について直接的な証拠を得る予定である．また，多細胞系の同期現象を模擬するために，3つ以上の振動系について実験を行い，伝播と同期の一般則を確立する．
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