2015 Fiscal Year Research-status Report
カンチレバーを用いた高周波電子スピン共鳴測定法の高感度化とタンパク質観測の実現
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26610104
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
太田 仁 神戸大学, 自然科学系先端融合研究環分子フォトサイエンス研究センター, 教授 (70194173)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大道 英二 神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00323634)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電子スピン共鳴 / カンチレバー / 金属タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの市販の原子間力顕微鏡用のカンチレバーを用いたトルク法によるマイクロカンチレバー電子スピン共鳴(ESR)に関しては、15T超伝導磁石と1.1THzまでの後進行波管(BWO)を用いて、Co Tutton塩のマイクロカンチレバーESR測定を4.2Kで行い、ESR信号の観測に成功した。これは、我々のこれまでの最高周波数0.37 THzを大幅に更新するもので、機械検出によるESR測定の世界最高記録であり、Appl. Phys. Lett.に結果を発表した。
一方、あらゆる生体金属タンパク質のマイクロカンチレバーESR測定を可能にするには、ESRに伴うカンチレバーの微小変位を検出する方法として光てこ法のひとつである波長可変レーザーを用いたFabry-Perot干渉計方式を用いたファラデー法による測定の高感度化が必要で、その開発を進めた。そのためには、試料空間の磁場勾配を増大することが考えられる。そこで、これまでのフェライト磁気チップをジスプロシウムに置き換えることで、磁場勾配を桁違いに増大することに成功し、検出感度を２桁向上することができた。最終的な目標は、生体金属タンパク質の測定であるが、まず装置改良のテストとして、金属タンパク質のモデル物質である金属フタロシアニン錯体のマイクロカンチレバーESR測定を行った。その結果、銅ポルフィリン錯体について観測に成功し、過去のESR結果を再現できていることを確認した。また、鉄ポルフィリン錯体についても測定を行い、特徴的なg=6のESR信号を機械検出により観測することに成功した。これらの結果は、論文投稿中である。
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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
これまでのフェライト磁気チップをジスプロシウムに置き換えることで、磁場勾配を桁違いに増大することに成功し、ピエゾ抵抗検出方式およびFabry-Perot干渉計方式のいずれにおいても、ファラデー法によるマイクロカンチレバーESR測定の検出感度を２桁向上することができた。そして、金属タンパク質のモデル物質である銅ポルフィリン錯体や鉄ポルフィリン錯体のESR信号を機械検出により観測することに成功したため。この成功は、生体金属タンパク質のマイクロカンチレバーESR測定への扉を開く成果である。また、トルク法によるマイクロカンチレバーESR測定の周波数を1.1 THzへ、磁場領域を15Tに拡張することに成功した。これは、今後ファラデー法によるマイクロカンチレバーESR測定も、この周波数-磁場領域に拡張可能であることを示す成果であるから。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の平成２８年度は、金属タンパク質のモデル物質のESR測定から、当初の目標である金属タンパク質そのもののマイクロカンチレバーESR測定を目指す。具体的には，生体金属タンパク質のひとつであるミオグロビンを取り上げる。このタンパク質は筋肉中の酸素貯蔵に関する働きを担い、Feイオンが活性中心として機能することが知られており，市販もされていることから入手が容易でテスト材料としては最適である。一方，ミオグロビンは非常に大きな分子量17000を持つため、スピン濃度が薄く、通常の透過法高周波ESR測定法では信号検出が非常に困難であり、マイクロカンチレバーESR測定に成功すればインパクトを与えることができる。しかし、モデル物質に比べ、よりスピン濃度が低いので、以下の方針でより高感度化を目指す。ひとつは、ジスプロシウムより強力な磁気チップの採用で、より大きな磁場勾配をえることである。最適な磁気チップの検討を進める。また、ウマミオグロビンの結晶作成を試みる。マイクロカンチレバーのサイズに匹敵する100ミクロン程度の結晶でいいので、可能性は高い。ちなみに市販のX-band ESRでは、このサイズのESR検出は困難であるので、機械検出の優位性を示すことが可能となる。
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| Causes of Carryover |
旅費見込み額と、旅費積算額との間に端数が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最終年度の成果発表の旅費として有効に利用する。
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