2016 Fiscal Year Annual Research Report
微小液滴の界面選択的高感度蛍光プローブ装置の開発と生体分子への応用
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26288010
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
関谷 博 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (90154658)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
迫田 憲治 大阪市立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80346767)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 微小液滴 / 界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
直径が数～数十マイクロメートルの微小液滴の気液界面において，光の全反射条件が満たされると，微小液滴内で発生した蛍光は液滴内部に閉じ込められる．このとき，液滴の外周の長さが光の波長の整数倍に一致すると，液滴内に定在波（Whispering Gallery Mode）が形成される．また，微小液滴を強い励起光で光励起すると，溶存分子からの発光がレーザー発振に至る．本研究課題では，このような微小液滴の特異な光物性を用いて，界面選択的な高感度蛍光プローブ法の開発とその応用に取り組んでいる．
昨年度の研究では，親水基がローダミン B，疎水基がオクタデシル基で構成された両親媒性分子であるオクタデシルローダミン B (ODRB) を用いて，両親媒性分子が微小液滴の気液界面に膜構造（単分子膜）を形成することを明らかにした．その結果を踏まえ，本年度は，微小液滴からのレーザー発光を利用することで，膜構造を形成する分子(ODRB)と微小液滴内部に溶存している分子（ローダミン700（R700））とのフェルスター型エネルギー移動過程に関する研究を行った．微小液滴内に溶存するR700の濃度が増加するにしたがって，液滴界面に吸着したODRBからのレーザー発光が減少することがわかった．これは，液滴表面に膜構造を形成するODRBから，液滴の表面近傍に存在するR700へフェルスター共鳴エネルギー移動（FRET）が生じていることを示している．微小液滴からのレーザー発光を利用したFRETの検出は，バルク溶液でのFRETの検出に比べて，検出感度が約一桁向上していることを明らかにした．この結果は，微小液滴からの特異的な発光を用いることで，界面近傍で生じる分子ダイナミクスを高感度に観測できることを示している．
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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
本研究では，微小液滴が微小な光共振器と見なせるという特徴を生かした界面選択的蛍光プローブ装置を開発し，これを界面近傍における分子ダイナミクスの解明に応用することが目的である．今年度は，本研究課題によって開発した3次元イオントラップとレーザー顕微鏡を用いて，微小液滴の気液界面に膜構造を形成する両親媒性分子(ODRB)と液滴内部に溶存している分子（R700）との間で生じる共鳴エネルギー移動を観測した．その結果，微小液滴の発光に特徴的なWhispering Gallery Modeとそのレーザー発振を観測すれば，界面近傍で生じる分子間の共鳴エネルギー移動過程を高感度に観測できることを示した．このように，当初の研究目的に沿った研究成果が得られているので，本研究は，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究成果から，微小液滴に特異的な発光を検出することによって，液滴の気液界面近傍における分子間共鳴エネルギー移動をバルク溶液よりも約一桁高感度に観測できることがわかった．微小液滴の界面近傍におけるエネルギー移動効率は，界面近傍におけるアクセプター分子の拡散挙動に強く依存しているはずである．今後は，共鳴エネルギー移動効率のアクセプター分子濃度依存性や分子種依存性を詳細に調べることによって，微小液滴の界面に形成された膜構造の近傍におけるアクセプター分子の並進拡散ダイナミクスを矛盾なく説明するモデルを構築する．
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| Causes of Carryover |
ごく最近、学術的意義の大きい研究成果が得られたので、学会で講演を行い、論文も公表したい。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越した予算を研究分担者である迫田憲治（大阪市立大学准教授）との研究打合せ旅費、関連学会における成果発表のための旅費、及び印刷費、通信費等などの物品費が必要である。
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