| 研究課題/領域番号 |
16K04913
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
茂木 巖 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (50210084)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | マイクロ渦流 / キラリティ / 磁気電気化学 / アミノ酸 / 磁気流体力学 |
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| 研究実績の概要 |
キラル界面形成の研究は，製薬プロセスにおける不斉触媒開発の基盤となるだけでなく，生命誕生に向かう分子進化において生体分子のホモキラリティの起源に関わる極めて重要なテーマである．本研究では，磁場中での電析（磁気電析）がキラル界面を生成することに着目し，ローレンツ力により励起されるマイクロ渦流の自己組織化状態とキラル界面形成との関係を研究する．さらに，多様な磁気電析条件を創出することにより，キラル対称性が破れる可能性を探索し，生体分子のホモキラリティの起源を，独自の視点で探求する．
本年度はまず，マイクロサイズのミラーとして働くグアニン微結晶を流体観察のトレーサーとして用い，磁気電析で発生するマイクロMHD渦流の直接観察を試みた.超電導マグネット中で硝酸銀溶液の磁気電析を行い，デジタル顕微鏡でグアニン粒子の運動を観察した．その結果，下記のような結論に至った．
電流値が小さいときには，一様な垂直MHD対流が支配的である．電流値が大きくなるにつれ，垂直MHD対流に不安定性が現れ，電析界面の揺らぎが増幅される．界面のゆらぎはマイクロMHD渦流を生じさせ，垂直MHD対流からの干渉作用を受けながら，自己組織化した渦流状態を形成する．このような渦流状態の中で，物質移動の対称性が破れキラル界面が形成される．
さらに，新しい磁気電析法として開発してきた回転磁気電析法の装置を，より広い周波数範囲で安定に回転磁気電析を行えるように改良を行った．これにより，キラリティの周波数および磁場依存性の研究を行い，よりキラル選択性の高い界面を作製することに成功した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
今年度の研究計画とその達成度は以下のとおりである．
（計画１） 魚の鱗から採取したグアニン微結晶が良好なトレーサーとして機能することが分かってきたので，これを利用して，磁気電析過程でのマイクロMHD渦流の可視化を試みる．これにより，垂直MHD対流の影響や渦流の自己組織化構造，対称性の破れなどを明らかにする．
（成果１）上述したように，実際にこのような実験を行い，マイクロMHD渦流の明瞭な観察に成功し，その発生過程についての考察を行うことができた．
（計画２）別のキラル界面作製法として，回転磁気電析法の開発を進める．回転装置の改良を重ね，周波数を変えて磁気電析を行えるようにする．これにより，力学的回転とマイクロMHD渦流の歳差運動との共鳴条件が分かり，より選択性の高いキラル界面を形成する方法が見つかるものと期待できる．
（成果２）回転装置の改良に成功し，様々な磁場，回転数で実験を行うことができた．その結果，特定の磁場と周波数において，磁場極性と回転方向および界面キラリティの間に美しい対称性が存在することが判明した．
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の最終年では，新しい磁気電気化学キラリティの制御方法を試みる．これまで，キラル界面形成におよぼす電極サイズや特異吸着の効果について実験を行ってきた．しかしながら，最も重要な役割を担う垂直MHD対流がキラル界面形成におよぼす影響については，明瞭な実験結果はない．そこで，電極の周りに鞘を設置し垂直MHD対流を制御しながら，銅の磁気電析を行い，磁気電析膜のキラリティを電気化学的に調べてみる．垂直MHD対流の制御は，一見すると，キラル界面形成を損なうだけのように考えられる．しかし，鞘の効果により，ある特定のモードの垂直MHD対流だけが選択されて電極付近に到達するならば，マイクロMHD渦流に強い干渉作用が働き，高いキラル選択性の界面が形成されることが期待される．
他方，回転磁気電析においても，さらに周波数と磁場を変化させた実験を重ね，キラル選択の法則を導き出し，高選択性キラル界面作製の手法を確立したい．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度は,磁気電析実験の効率化を図り，ほほ計画通りに予算を執行してきたが，１月にエルゼビア出版社の学術雑誌Current Opinion in Electrochemistryに発表した論文のオープンアクセス料金（45～55万円）の請求が未だ届いていないため，この金額が次年度使用額となってしまった．この次年度使用額は，上記オープンアクセス料の支払等に充てる予定である．
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