拡張主成分分析法による「糖-脂質膜」相互作用の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11771417
• 研究機関: 神戸薬科大学
• 研究代表者: 長谷川 健 神戸薬科大学, 薬学部, 助手 (30258123)
• キーワード: 主成分分析法 / 微量化学手分析 / 振動分光法 / 糖-脂質相互作用 / FARMS / 多変量解析

研究概要

本課題では、多変量解析を分光学と結びつけ、新しい分析化学を創生して生体試料解析のような、これまで分光分析が苦手としてきた解析を進められるようにする狙いのもとで研究を進めた。まず、主成分分析法(PCA)の本質的な機能を追求した。これは、多変量解析の基礎的解析モデル化法の一つで、classical least squares(CLS)回帰法の一般化として知られていたが、その物理的内容はこれまで知られていなかったといってよい。これに対し、代表者はPCAがもつまったく未知の機能、「超微量化学信号分離」の原理を発見した。この原理を、リン脂質薄膜と二糖類を相互作用させた単分子薄膜の赤外反射吸収スペクトルの解析に適用し、次の知見を得た。すなわち、1)リン脂質膜の外側に付着した糖と内側まで進入した糖の、糖濃度に対する付着量の変化をマーカーなしに分離検出に成功し、2)乾燥後のリン脂質薄膜に微量に残存した水分子の化学結合サイトを初めて明らかにできた。これらの成果は、脂質薄膜を二糖類付加で構造保護するメカニズムを、分子論的にはじめて解明したものである。
この手法はfactor analytical resolution of minute signals(FARMS)と命名され、国内外の6つの招待総説となった(薬学雑誌、分光研究、Tr.Anal.Chem.等)。また、因子分析の古典的名著として有名なMalinowski著のFactor Analysis in Chemistry(Wiley-Interscience)の改定第3版への掲載も決まり、短期間に世界的なインパクトを与えることができたと考えている。さらに、日本薬学会近畿支部奨励賞、日本分光学会論文賞も授与された。この成功により、多変量解析の道の可能性を探る方向で新たに研究テーマを開拓し、現在、薄膜構造解析に極めて有力となり得る、まったく新しい分光解析法の開発にも着手している。
さらにFARMSの発見は、ラマン分光法にも画期的な展開を与え、特に生体分子のラマン分光につきものの蛍光発光の問題を解決する道を開いた。そのため、現在は近赤外励起のFourier変換ラマン分光器にこの手法を組み合わせ、蛋白試料の純スペクトルを議論する分析化学的技法の開発を進めている。また、顕微ラマンとFARMSを組み合わせて、微量成分の検出とマッピングを同時に達成する研究も予定している。

研究成果

• [文献書誌] Q.Huo,S.Russev,T.Hasegawa,J.Nishijo,J.Umemura,G.Puccetti,K.C.Russell,R.M.Leblanc: "A Langmuir Monolayer with a Nontraditional Molecular Archictecture"J.Am.Chem.Soc.. 122(33). 7890-7897 (2000)
• [文献書誌] T.Hasegawa,J.Umemura,J.Nishijo: "Separation of Raman Spectra from Fluorescence Background by Principal Component Analysis"Chem.Phys.Lett.. 317. 642-646 (2000)
• [文献書誌] T.Hasegawa,J.Nishijo,M.Watanabe,K.Funayama,T.Imae: "Conformational Characterization of α-Mycolic Acid in Monolayer Film by the Langmuir-Blodgett Technique and Atomic Force Microscopy"Langmuir. 16(18). 7325-7330 (2000)
• [文献書誌] T.Hasegawa,J.Nishijo,D.A.Myrzakozha,T.Imae,J.Nishijo,Y.Ozaki: "Thermal Property of an Octadecyldimethylamine Oxide Multilayer Langmuir-Blodgett Film Studied by an Expanded Model for Quantitative Molecular Orientation Analysis with Infrared Reflection-Absorption Spectrometry"J.Phys.Chem.B. 15. 6890-6896 (1999)
• [文献書誌] T.Hasegawa,Y.Hatada,J.Nishijo,J.Umemura,Q.Huo,R.M.Leblanc: "Hydrogen Bonding Network Formed between Accumulated Lamugmuir-Blodgett Films of Barbituric Acid and Triaminotriazine Derivatives"J.Phys.Chem.B. 103(35). 7505-7513 (1999)
• [文献書誌] Takeshi Hasegawa: "Detection of Minute Chemical Species by Principal-Component Analysis"Anal.Chem.. 71(15). 3085-3091 (1999)
• [文献書誌] Takeshi Hasegawa: ""Principal Compoenent Regression and Partial Least-Squares Modeling" in "Hand-book of VIbrational Spectroscopy vol.3""John Wiley & Sons(印刷中). (2001)