2021 Fiscal Year Annual Research Report
一分子蛍光による生体分子のダイナミクス解明に資する全光子タイムタグ計測法の確立
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20K21166
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 聡 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (30283641)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 高速蛍光相関分光法 / 全光子time-tag測定法 / タンパク質ダイナミクス / ハイブリッド光検出器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一分子蛍光の強度ゆらぎを観測する高速蛍光相関分光法は、タンパク質ダイナミクスを解明する有用な手法であるが、蛍光検出効率に限界があるために、高精度測定が困難だった。本研究ではハイブリッド光検出器（HPD）とデジタル型高速光子計数ボードを組み合わせた全光子time-tag測定法を開発し、従来はノイズに隠れていた分子運動を検出することを目的として立案した。初年度（半年間）の研究において光学系を構築し、光子計数ボードを導入しデータ取得を可能にした。また、データ解析に必要なソフトウエアを導入した。
最終年度において、蛍光色素および色素ラベル化モデルタンパク質を使った計測を行った。その結果、10ナノ秒から100ナノ秒において多数のスパイク状のノイズが見られることに気づいた。このノイズはHPDに固有であり、HPDを製造した浜松ホトニクスとも検討を行った結果、HPDに光子が入射した場合に、主信号として出力されるパルス信号に遅れて、スパイク状の副信号が出力されることが判明した。この副信号が発生する効率は1%以下（そのためカタログには明示されない）であるものの、相関観測では観測されてしまうことがわかった。また、HPDの個体ごとに出現確率が異なることもわかった。
検出器が副信号を出力する場合に相関データが受ける影響の理論式を導入し、副信号のみを予め観測し、試料の測定データから差し引くことができる場合があることを証明した。その上で、実際に試料の相関データからノイズ信号をキャンセルさせることに成功した。また、メーカー側の配慮でノイズの少ないHPD個体を新たに購入し、ノイズの大きかったHPDと交換した。
以上の改善により、従来の測定方法では数時間以上必要だったデータの積算時間が短縮され、5分程度で10ナノ秒以降の蛍光相関の測定が可能になった。本測定方法を現在投稿論文としてまとめている。
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