計画研究
本課題では、X線自由電子レーザー（XFEL）を用いてタンパク質が機能する際の構造変化過程を高い空間・時間分解能で捉える技術の開発を行っている。当該年度の研究実績としては、新たな時分割実験手法として近赤外レーザーによる温度ジャンプ法の開発を行った。また、結晶を必要とする制約のない溶液を用いた実験を可能とするため、溶液散乱測定系の構築を行った。温度ジャンプ法の開発では、主に温度上昇量の定量的評価を行うため、水の近赤外吸収特性を応用して、一般的なサーモグラフィーカメラの露光時間と比較して極めて早い時間応答を持つナノ秒時間分解顕微イメージング装置を開発した。本装置の実証実験として、中心波長1450 nmのナノ秒レーザーを液体ジェット（水）に照射したところ、水の温度上昇を確認することができた。また、近赤外レーザーを照射する前の試料温度を一定に保つため、試料吐出部分の温度保持装置の開発も併せて行った。溶液散乱測定系の構築では、昨年度の測定結果から、①試料流径の最適化、②FELビームと試料流との位置合わせ手順の確立という、2点の問題が示された。そこで試料流径を拡大し、試料直下で計測可能散乱角の外側に位置する散乱強度モニターを設置した。その結果、安定に試料流からの散乱強度を計測できる環境が整った。標準試料を用いて複数の濃度における散乱プロファイルの獲得にも成功した。解析ソフトウェアに関しても高度化を行い、試料濃度に依存した散乱強度のコントラストを適切に評価可能となった。
2: おおむね順調に進展している
XFELを利用した新たなタンパク質動的構造解析として、温度ジャンプ法による時分割実験手法の基盤を構築した。過去にも近赤外レーザーを用いた温度ジャンプ時分割実験の検討を行っていたが、当時は水の散乱リングの変化などから温度上昇を確認しており定量性に欠けていた。今回、ナノ秒時間分解顕微イメージング装置を開発し、水の液体ジェットの温度上昇を定量的に評価するに至った。また、試料吐出付近の温度は実験環境により変化が起きやすく、結果に影響を及ぼす恐れがあったが、試料の温度保持装置を開発することにより、一定の温度で試料を保持できることを確認した。また、XFELによる溶液散乱測定系の開発に関しては、測定解析結果をフィードバックしながら装置開発を進めており、散乱強度モニターの導入で安定的にデータが取得できる環境が整った。一方で、濃度変調データの取得など、一般的な溶液散乱データの計測に成功しているものの、ややバックグラウンドレベルが高く、また特に低角側の散乱強度の落ち込みも観測されたことから、現在対応を検討している。
温度ジャンプ法の開発においては、実際にシリアルフェムト秒X線構造解析実験に用いられる様々なサンプルの温度の時間変化について、本装置による測定値および理論の両面から検証するとともに、X線回折実験を行いDebye-Waller因子の変化からも温度変化の計測を行う予定である。溶液散乱実験においては、引き続き測定系と解析系の高度化を進める。測定系は低角側の強度の落ち込み減少への対応を検討中である。解析に関しては、そのスキームが確立されつつあるため、それらをGUIを介さずテキストベースのプログラムで自動判定して進めるためのアルゴリズムの開発を進めている。また、さらに高速な処理環境を構築するために、マルチスレッド処理の最適化も進めている。またSACLAでの時分割溶液散乱と相補的に活用するための、SRにおける高精度時分割計測系を構築するために、PFに流路型の時分割測定セルの導入も進めている。その他、二液混合法など異なった反応誘起方法である時分割実験手法の開拓も進めていく。
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すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件)
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