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核偏極技術を用いたスピンコントラスト変調中性子回折法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 19J23744
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分80040:量子ビーム科学関連
研究機関山形大学

研究代表者

三浦 大輔  山形大学, 大学院理工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードDNP / スピンコントラスト / 中性子散乱 / 中性子粉末回折法 / 核偏極 / 中性子回折法 / スピンコントラスト法
研究開始時の研究の概要

タンパク質や薬,物質などの機能を決定する上で水素の位置が非常に重要であり, 工学・化学・生物・製薬など広い分野で水素位置を特定したいという要望がある。水素位置を特定するのに中性子回折法と呼ばれるレントゲンのようなものを用いるが, 位置情報を持つ信号は微小なものであり, 特定が難しい。そこで原子核が持っている"スピン"と呼ばれる量を揃える核偏極という技術を用いることで位置情報を持つ信号を高感度で取得できる。本研究は核偏極技術を応用し, 中性子回折法で水素位置の信号を高感度で取得する手法を確立する。

研究実績の概要

本年度はスピンコントラスト変調中性子回折法を用いて、近年新たに開発された高強度セルロースナノファイバーのゲル化メカニズムの解明を目的に研究に取り組んだ。スピンコントラスト変調中性子回折法は中性子の散乱確率が水素核のスピンによって変化する性質を利用した構造解析法であり、スピンを標識として試料の水素を中心とした構造情報を得ることができる。
スピンコントラスト変調中性子回折法では、試料の水素核スピンをある一定方向に揃える(偏極)必要があり、試料に偏極源分子の添加を要する。昨年度までは結晶性試料を粉末にし、偏極源分子を含んだ溶媒に粉末試料を分散させることで添加を実現してきた。しかしながら高強度セルロースナノファイバーを粉末にすることは困難である。また粉末にすると、圧縮性を備えたゲル化状態とは異なってしまう。そこで粉末にせず、ゲル化状態を保持したままでの中性子散乱測定を実現を目指した。
セルロースナノファイバーゲルの多孔質性による吸水性に着目した。偏極源分子を融解させた水溶液をファーバーゲルに吸水させ、偏極源分子の添加を試みた。中性子散乱で水からのバックグラウンドを抑制するため、凍結乾燥により構造を保持したまま水を排除した。凍結乾燥後に試料の偏極源分子の濃度を測定し、偏極可能な状態であることを確かめ、中性子散乱を実施し、ファイバーのゲル化に水素の関与を示す結果を得られた。
ファイバーのゲル化のような物質の機能発現などには水素が関与していると言われている。機能発現メカニズムを構造的観点から理解し、また機能発現を実現する材料の開発などに本研究は貢献できると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 偏極中性子によるスピンコントラスト変調法を用いた粉末中性子回折測定による分子性結晶中の水素原子位置情報の抽出2021

    • 著者名/発表者名
      MIURA Daisuke、KUMADA Takayuki、IWATA Takahiro
    • 雑誌名

      日本結晶学会誌

      巻: 63 号: 4 ページ: 287-293

    • DOI

      10.5940/jcrsj.63.287

    • NAID

      130008130207

    • ISSN
      0369-4585, 1884-5576
    • 年月日
      2021-12-15
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of spin-contrast-variation neutron powder diffractometry for extracting the structure factor of hydrogen atoms2021

    • 著者名/発表者名
      Miura Daisuke、Kumada Takayuki、Sekine Yurina、Motokawa Ryuhei、Nakagawa Hiroshi、Oba Yojiro、Ohhara Takashi、Takata Shin-ichi、Hiroi Kosuke、Morikawa Toshiaki、Kawamura Yukihiko、Ohishi Kazuki、Suzuki Jun-ichi、Miyachi Yoshiyuki、Iwata Takahiro
    • 雑誌名

      Journal of Applied Crystallography

      巻: 54 号: 2 ページ: 454-460

    • DOI

      10.1107/s1600576721000303

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Gelation mechanism of freeze-crosslinked cellulose nanofiber gels with high compressive strength2021

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      日本化学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 動的核偏極標的を用いた偏極中性子散乱2021

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 偏極標的応用~ 中性子散乱による物質の構造解析~2021

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      スピン物理学の展望
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スピンコントラスト粉末中性子回折法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      日本中性子科学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] スピンコントラスト中性子粉末結晶構造解析法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      ハイドロジェノミクス研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] スピンコントラスト中性子散乱を用いた複合材料の構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      第33回日本放射光学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] メカニカルドーピングによる動的核偏極有機結晶を用い た偏極中性子散乱22020

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] スピンコントラスト粉末結晶構造解析法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      東北大金研-CROSS ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] スピンコントラスト粉末結晶構造解析法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      第 58 回 NMR 討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] メカニカルドーピングによる動的核偏極有機結晶を用い た偏極中性子散乱2019

    • 著者名/発表者名
      三浦大輔
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 核スピン偏極化試料での偏極中性子回折による構造解析法の開発

    • URL

      https://www.sci.yamagata-u.ac.jp/news/detail/703/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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