軟Ｘ線内殻励起の化学シフトの顕微観測と化学的環境解析

• 研究課題/領域番号: 17H03013
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (2018-2019); 分子科学研究所 (2017)
• 研究代表者: 小杉 信博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 所長 (20153546)
• 研究分担者: 大東 琢治 分子科学研究所, 極端紫外光研究施設, 助教 (50375169)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2017年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 量子ビーム / 内殻励起 / Ｘ線顕微分光 / その場観測 / マイクロ流路 / 薬物伝達 / X線顕微分光

研究成果の概要

位置によって化学的環境が異なるような不均一試料の中の成分分子を内殻励起した場合、内殻準位に違いがなくとも、それぞれの周辺環境の違いによって励起先の空準位のエネルギーがわずかに違ってくることを理論的に裏付けた。エネルギー分解能の高い軟Ｘ線のマイクロビーム、ナノビームを使った、独自開発のその場観察顕微軟Ｘ線透過吸収分光装置の改良・最適化を進めることで、マイクロ流路液体混合系や経皮薬物輸送系等において特定成分分子について、10meV以下のわずかな内殻励起の化学シフトの位置依存性を観測することに成功し、化学状態マッピングも実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

独自開発した軟Ｘ線吸収試料セルを組み込んだナノスケール、マイクロスケールの顕微鏡の集光系を、対象となる試料の状態に応じて、改良・最適化することに成功したことは、国際的に独創的な技術革新となっている。新しい反応系を設計できるマイクロ流路や効率的な塗り薬開発に重要な経皮薬物輸送の研究にこれらの装置を応用し、特定分子の化学的環境のナノスケール及びマイクロスケールのイメージングが実現したことは、放射光顕微技術の発展に伴って研究対象が均一系から不均一系に拡大している放射光軟Ｘ線分野における学術研究の新しい展開につながるものとなっている。

研究成果

• [国際共同研究] ベルリン自由大学(ドイツ)
• [国際共同研究] SOLEIL放射光研究所(フランス)
• [国際共同研究] オウル大学(フィンランド)
• [国際共同研究] 台湾淡江大学/国立放射光研究所NSRRC(台湾)
• [国際共同研究] ベルリン自由大学(ドイツ)
• [国際共同研究] オウル大学(フィンランド)
• [国際共同研究] 台湾淡江大学/国立放射光研究所NSRRC(台湾)
• [国際共同研究] SOLEIL放射光研究所(フランス)
• [国際共同研究] ベルリン自由大学/ヘルムホルツ協会ベルリン研究センター(ドイツ)
• [国際共同研究] SOLEIL放射光研究施設(フランス)
• [国際共同研究] オウル大学(フィンランド)
• [国際共同研究] ローレンス・バークレー国立研究所(米国)
• [国際共同研究] 台湾放射光研究センター/淡江大学(台湾)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Soft X-ray Absorption Spectroscopy of Liquids for Understanding Chemical Processes in Solution (2020)
  • 著者名/発表者名: NAGASAKA Masanari, YUZAWA Hayato, KOSUGI Nobuhiro
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 36 号: 1 ページ: 95-105
  • DOI: 10.2116/analsci.19R005
  • NAID: 130007783842
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • 年月日: 2020-01-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microheterogeneity in Aqueous Acetonitrile Solution Probed by Soft X-ray Absorption Spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagasaka Masanari, Yuzawa Hayato, Kosugi Nobuhiro
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 124 号: 7 ページ: 1259-1265
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c00551
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Fe2O3 coating on ZnO nanowires in photoelectrochemical water splitting: A synchrotron x-ray spectroscopic and spectromicroscopic investigation (2020)
  • 著者名/発表者名: Lu Y.R., Wang Y.F., Chang H.W., Huang Y.C., Chen J.L., Chen C.L., Lin Y.C., Lin Y.G., Pong Way-Faung, Ohigashi Takuji, Kosugi Nobuhiro, Kuo C.H., Chou W.C., Dong C.L.
  • 雑誌名: Solar Energy Materials and Solar Cells 巻: 209 ページ: 110469-110469
  • DOI: 10.1016/j.solmat.2020.110469
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a sample holder for synchrotron radiation-based computed tomography and diffraction analysis of extraterrestrial materials (2020)
  • 著者名/発表者名: Uesugi Masayuki、Hirahara Kaori、Uesugi Kentaro、Takeuchi Akihisa、Karouji Yuzuru、Shirai Naoki、Ito Motoo、Tomioka Naotaka、Ohigashi Takuji、Yamaguchi Akira、Imae Naoya、Yada Toru、Abe Masanao
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 91 号: 3 ページ: 035107-035107
  • DOI: 10.1063/1.5122672
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Laminar flow in microfluidics investigated by spatially-resolved soft X-ray absorption and infrared spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagasaka Masanari, Yuzawa Hayato, Takada Noriko, Aoyama Masaki, Ruehl Eckart, Kosugi Nobuhiro
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 151 号: 11
  • DOI: 10.1063/1.5115191
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantitative Distribution of DNA, RNA, Histone and Proteins Other than Histone in Mammalian Cells, Nuclei and a Chromosome at High Resolution Observed by Scanning Transmission Soft X-Ray Microscopy (STXM) (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Shinohara, S. Tone, T. Ejima, T. Ohigashi, A. Ito
  • 雑誌名: Cells 巻: 8 号: 2 ページ: 164-164
  • DOI: 10.3390/cells8020164
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hybrid films of cellulose nanofibrils, chitosan and nanosilica?Structural, thermal, optical, and mechanical properties (2019)
  • 著者名/発表者名: Ismail Mostafa Y., Patanen Minna, Sirvioe Juho Antti, Visanko Miikka, Ohigashi Takuji, Kosugi Nobuhiro, Huttula Marko, Liimatainen Henrikki
  • 雑誌名: Carbohydrate Polymers 巻: 218 ページ: 87-94
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2019.04.065
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intermolecular Interactions of Pyridine in Liquid Phase and Aqueous Solution Studied by Soft X-ray Absorption Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nagasaka, H. Yuzawa, N. Kosugi
  • 雑誌名: Z. Phys. Chem. 巻: 232 号: 5-6 ページ: 705-722
  • DOI: 10.1515/zpch-2017-1054
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature-Dependent Structural Changes in Liquid Benzene (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nagasaka, H. Yuzawa, K. Mochizuki, E. Ruehl, N. Kosugi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 9 号: 19 ページ: 5827-5832
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b02615
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Highly Efficient 2D/3D Hybrid Perovskite Solar Cells via Low-Pressure Vapor-Assisted Solution Process (2018)
  • 著者名/発表者名: M-H. Li, H-H Yeh, U-S. Jeng, C-J. Su, H-W. Shiu, Y-J. Hsu, N. Kosugi, T. Ohigashi, Y-A. Chen, P-S. Shen, P. Chen, T-F. Guo
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 30 号: 30 ページ: 1801401-1801401
  • DOI: 10.1002/adma.201801401
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantitative analysis of mammalian chromosome by scanning transmission soft X-ray microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Shinohara, T. Ohigashi, S. Tone, M. Kado, A. Ito
  • 雑誌名: Ultramicroscopy, 巻: 194 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1016/j.ultramic.2018.07.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Origin of Magnetic properties in carbon Implanted ZnO nanowires (2018)
  • 著者名/発表者名: Y.F. Wang, Y.C. Shao, S.H. Hsieh, Y.K. Chang, P.H. Yeh, H.C. Hsueh, J.W. Chiou, H.T. Wang, S.C. Ray, H.M. Tsai, C.W. Pao, C.H. Chen, H.J. Lin, J.F. Lee, C.T. Wu, J.J. Wu, Y.M. Chang, K. Asokan, K.H. Chae, T. Ohigashi, Y. Takagi, T. Yokoyama, N. Kosugi, W.F. Pong
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25948-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reliable absorbance measurement of liquid samples in soft X-ray absorption spectroscopy in transmission mode (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nagasaka, H. Yuzawa, T. Horigome, N. Kosugi
  • 雑誌名: J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 巻: 224 ページ: 93-99
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2017.05.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] orphology control in polymerized high internal phase emulsion templated via macro-RAFT agent composition: Visualizing surface chemistry (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Khodabandeh, R.D. Arrua, B.R. Coad, T. Rodemann, T. Ohigashi, N. Kosugi, S.C. Thickett and E. Hilder
  • 雑誌名: Polymer Chemistry 巻: 9 号: 2 ページ: 213-220
  • DOI: 10.1039/c7py01770g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction between Water and Alkali Metal Ions and Its Temperature Dependence Revealed by Oxygen K-Edge X-ray Absorption Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nagasaka, H. Yuzawa, N. Kosugi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 121 号: 48 ページ: 10957-10964
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b09789
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of measurement condition for 3-dimensional spectroscopy by scanning transmission X-ray microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi,, Y. Inagaki, A. Ito, K. Shinohara, N. Kosugi
  • 雑誌名: IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 巻: 849 ページ: 012044-012044
  • DOI: 10.1088/1742-6596/849/1/012044
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 軟X線吸収分光法による電気化学反応の局所構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長坂将成, 小杉信博
  • 雑誌名: 分析化学 巻: 64 号: 3 ページ: 163-172
  • DOI: 10.2116/bunsekikagaku.64.163
  • NAID: 130005060602
  • ISSN: 0525-1931
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 走査型透過X線顕微鏡を用いたリチウムの顕微分析手法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長坂将成, 湯沢勇人, 小杉信博
  • 学会等名: 第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] Intermolecular Interactions Revealed by Precise Energy Shift Analysis in Soft X-ray Absorption Spectroscopy for Liquid (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nagasaka, N. Kosugi
  • 学会等名: The 40th International Conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX19)
  • 国際学会
• [学会発表] Recent Status and Developments of a Scanning Transmission X-ray Microscopy Beamline in UVSOR-III Synchrotron (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi
  • 学会等名: The 25th NSRRC User’s Meeting and Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 軟X線吸収分光法によるアセトニトリル水溶液の微小不均一性の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長坂将成, 湯沢勇人, 小杉信博
  • 学会等名: 第22回XAFS討論会
• [学会発表] 3d遷移金属化合物の内殻励起から何がわかるか (2019)
  • 著者名/発表者名: 小杉信博
  • 学会等名: 第22回XAFS討論会
  • 招待講演
• [学会発表] 軟X線吸収分光法によるアセトニトリル水溶液の微小不均一性の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長坂将成, 湯沢勇人, 小杉信博
  • 学会等名: 第13回分子科学討論会
• [学会発表] 軟X線吸収分光法によるマイクロ流路上の層流の構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長坂将成, 湯沢勇人, 高田紀子, 青山正樹, E. Ruehl, 小杉信博
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] Microfluidics of Liquid Mixtures Observed by Spatially Resolved Soft X‐ray Absorption Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nagasaka, A. A. Vu, H. Yuzawa, N. Takada, M. Aoyama, E. Ruehl, N. Kosugi
  • 学会等名: International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science, TASPEC
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3-Dimentional Chemical Mapping of an Isolated Cell Nucleus (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, K. Shinohara, S. Tone, H. Yuzawa, A. Ito, N. Kosugi
  • 学会等名: International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science, TASPEC
  • 国際学会
• [学会発表] Progress in Molecular Inner-shell Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Kosugi
  • 学会等名: International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science, TASPEC
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] STXM Chemical Mapping of Norway Spruce Knotwood Lignans (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Huttula, M. Patanen, R. Piispanen, T. Ohigashi, N. Kosugi, S. Swaraj, R. Belkhou, A. Pranovich, T. Jyske, P. Kilpelainen, A. Karkonen, R. Korpinen, T. Laakso, S. Valkonen and P. Saranpaa
  • 学会等名: 14th International Conference on X-ray Microscopy, XRM2018
  • 国際学会
• [学会発表] 3-Dimentional Chemical Structures of an Isolated Cell Nucleus by a Scanning X-ray Transmission Microscope (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, A. Ito, K. Shinohara, S. Tone, Y. Inagaki, H. Yuzawa, N. Kosugi
  • 学会等名: 14th International Conference on X-ray Microscopy, XRM2018
  • 国際学会
• [学会発表] Probing the Electronic Structure of BiVO4 Coated ZnO Nanodendrite Core- Shell Nanocomposite Using X-ray Spectroscopic and Spatially Resolved Scanning Transmission (2018)
  • 著者名/発表者名: M.M. Shirolkar, Y.F. Wang, Y.C. Shao, K.H. Chen, H.T. Wang, X.S. Qiu, J.S. Yang, J.J. Wu, J.W. Chiou, T. Ohigashi, N. Kosugi, W.F. Pong
  • 学会等名: 14th International Conference on X-ray Microscopy, XRM2018
  • 国際学会
• [学会発表] Interactions of organic molecules with water in aqueous solutions studied by soft X-ray absorption spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Nagasaka
  • 学会等名: Freigeist Workshop 2018 on Carbon Nanomaterials in Aqueous Environment: From Characterization to Applications
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 軟X線吸収分光法による液体の局所構造解析と溶液反応のオペランド観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長坂将成
  • 学会等名: 日本分光学会遠紫外分光部会 第3回講演会「遠/深紫外分光と材料物性」
• [学会発表] 走査型透過X線顕微鏡を用いた３次元化学状態マッピング法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大東琢治、稲垣裕一、伊藤敦、篠原邦夫、刀祢重信、小杉信博
  • 学会等名: 日本放射光学会年会
• [学会発表] Advances in Scanning Transmission X-ray Microscopy at UVSOR-III Synchrotron (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, Y. Inagaki, N. Kosugi
  • 学会等名: 24th Congress of the International Commission for Optics
  • 国際学会
• [学会発表] Advanced Analyses in Scanning Transmission X-ray Microscopy at UVSOR-III Synchrotron (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohigashi, Y. Inagaki, N. Kosugi
  • 学会等名: 24th International Congress on X-ray Optics and Microanalysis
  • 国際学会
• [学会発表] UVSORの走査型透過X線顕微鏡の現状 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大東琢治、稲垣裕一、小杉信博
  • 学会等名: X線結像光学シンポジウム
• [備考] BL4U STXM Beamline
  • URL: https://www.uvsor.ims.ac.jp/staff/BL4U/index.html