2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of high-sensitivity time-resolved CD measuring system for elucidation of functional biopolymers dynamics
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21K18992
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
和田 健彦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20220957)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 円二色性スペクトル測定 / 高時間分解 / 高感度 / 楕円偏光検出 / 方位角制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、生体分子を対象とした機能性物質設計・開発には、結合前後の構造同定や形成過程の速度論的・熱力学的解析検討が多用されるが、より精緻な設計には複合体形成過程の動的挙動直接的観察・解析が重要になると考えられている。円二色性(CD)スペクトル測定は、構造変化の動的挙動を高感度で検出可能で重用されてきたが、現行CDの時間分解能は原理的にm秒程度で、μ秒程度の早い複合体形成検出には本質的な適用限界が指摘されている。このため高感度と高時間分解能を両立可能な新規CD測定原理と測定装置開発が切望されてきた。本研究では研究協力者の荒木保幸准教授の発案した楕円偏光を検出光として用いる新規検出法を活用した高感度・高時間分解CD測定装置開発に取組んでいる。
令和3年度は、再現性と取扱い性に優れた新たな楕円偏光制御法ならびに光路系構築による高感度検出装置開発を目指した。我々は楕円偏光検出系の位相板に方位角を導入した新たな理論式を導出し、実測される左右楕円偏光強度IR、ILから算出されるシグナル強度Sは方位角を小さくすることで増大すること、増大したシグナル強度SによりS/Nの向上、その結果高感度検出が期待できることを見出した。実際に位相板の方位角を、従来用いられてきた90度と-90度から、45~2度＆-45~2度と大きく減少させシグナル強度Sの変化を詳細に検討したところ、方位角減少に伴いS値が増大し、その結果S/Nの向上・高感度検出が実現可能であることを実証した。この方位角変化に基づく高感度観測法は、従来法に比較して高い再現性を有し、高感度・高時間分解CD測定装置開発につながることが期待される。次に構築した楕円偏光検出CD測定システムを用い、実サンプルによる概念実証試験に取組んだ。キラルRu錯体を試料とし測定条件最適化ならびに市販CD測定装置との詳細な比較検討を行い、本システムの有効性実証に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では研究協力者荒木保幸准教授の発案した新規楕円偏光制御法に基づく高感度・高時間分解CD測定装置開発に取り組み、Kligerらが提案・報告している楕円偏光検出CD測定系の理論的再検討に取り組み、位相板の方位角を導入した新たな理論式を導出し、高感度検出の可能性を見出し、新たな高感度測定法構築に向けた仮説を提案した。しかし、技術的問題も含め、本仮説の実証実験には困難が伴うことを予想していた。実際の測定系構築、特に再現性良い方位角制御法の構築や光路設定は容易ではなく、かなりの時間と労力を要した。しかし、新しい方位角制御プログラムを導入することにより、再現性良く、大きなシグナル強度Sの測定可能なシステム構築に成功し、当初予想・計画以上に進展したと評価される。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、高感度高時間分解能を有する円二色性(CD)測定装置開発を目指し、主に理論的再検討に取り組み、位相板の方位角を導入した新たな理論式を導出し、高感度検出の可能性を見出し、新たな高感度測定法構築に向けた仮説を提案を行った。実際の測定系構築、特に再現性良い方位角制御法の構築は容易ではなく、かなりの時間と労力を要した。しかし、新しい方位角制御プログラムを導入することにより、再現性良く、大きなシグナル強度Sの測定可能なシステム構築に成功したため、主に理論的検討ならびに基本装置レイアウトなどの最適化に専念したため、当初予定に比較して研究経費、旅費等の執行額は大幅な減額となった。
来年度は構築に成功したシステムを用い、積極的な実測定に取り組むため、測定用サンプル購入や光学系部品など当初本年度購入を予定していた消耗品も含め購入するため、次年度使用額も含めた配分経費の全額執行を予定している。
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| Causes of Carryover |
本年度は、高感度高時間分解能を有する円二色性(CD)測定装置開発を目指し、主に理論的再検討に取り組み、位相板の方位角を導入した新たな理論式を導出し、高感度検出の可能性を見出し、新たな高感度測定法構築に向けた仮説を提案を行った。実際の測定系構築、特に再現性良い方位角制御法の構築は容易ではなく、かなりの時間と労力を要した。しかし、新しい方位角制御プログラムを導入することにより、再現性良く、大きなシグナル強度Sの測定可能なシステム構築に成功したため、主に理論的検討ならびに基本装置レイアウトなどの最適化に専念したため、当初予定に比較して研究経費、旅費等の執行額は大幅な減額となった。
来年度は構築に成功したシステムを用い、積極的な実測定に取り組むため、測定用サンプル購入や光学系部品など当初本年度購入を予定していた消耗品も含め購入するため、次年度使用額も含めた配分経費の全額執行を予定している。
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