| 研究課題/領域番号 |
18K18745
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
村上 洋 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主任研究員 (50291092)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| キーワード | 逆ミセル / フレーリッヒ / ボーズ・アインシュタイン凝縮 / 分光 / 細胞 / マイクロ波 / テラヘルツ |
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| 研究実績の概要 |
フレーリッヒが提案した細胞モデルは、細胞中で代謝エネルギーを使ってボーズ・アインシュタイン凝縮が起こるという革新的理論である。その凝縮によりコ ヒーレントな巨視的格子振動が発生（フレーリッヒ凝縮）する。細胞内の生命活動の基本的過程はタンパク質分子などの生体分子たちの化学反応である。フレー リッヒ凝縮が起こるとそれらの化学反応が起こっている場所では秩序立った地震のようなものが起こり、生体分子同士の認識を助け化学反応の効率を上昇させる などの効果をもつ。この仮説が正しければ従来の生命科学は大きな修正を迫られる。しかし、細胞の複雑さのためにこのモデルの検証は困難であった。研究代表 者は、逆ミセルという微小水滴を用いて構成要素が格段に少ないモデル細胞を構築し、代謝エネルギーの代わりに逆ミセル内にレーザー光やマイクロ波によるエ ネルギー注入を行うことを着想した。本研究の目的は、逆ミセルを用いてこのフレーリッヒ凝縮に起因した振動スペクトル転移の観測を行い、このモデルの物理 的核心部分を検証することである。本年度は、マイクロ波(電磁波周波数：2.45GHz)照射下で試料の状態変化を異なる角度から調べるために、マイクロ波導波管システムの改造などを実施し、ラマン及び蛍光スペクトル測定に加え、吸収スペクトル及びサーモカメラを用いた温度変化測定が可能となった。これらを用いた詳細な測定から、逆ミセル試料はマイクロ波を吸収する極性分子の割合が少ないが、マイクロ波照射に起因した有意な温度上昇があることが分かった。そこで、温度上昇によりスペクトルがどのように変化するかを調べマイクロ波照射下のスペクトルと比較する必要があり、スペクトルの温度変化測定装置の構築を行った。タンパク質分子を含む逆ミセルなどを対象にマイクロ波照射及び温度変化実験を行い結果の解析を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
実験室の引っ越しのために実験日数が大幅に減少した。前年度に観測したマイクロ波エネルギー注入下で現れた未知の振動スペクトルに関して、フレーリッヒ凝縮に起因しないと結論を得るまでに実験条件を変えて行った実験に時間を要した。そして、予想を超えたマイクロ波照射による温度上昇を発見したために、温度変化測定を別に行う必要があり、実験手法及び実験条件の組み合わせを十分に行うことができなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
フレーリッヒ凝縮は細胞のマイクロ波照射効果を説明するために提案された仮説である。今年度に観測した逆ミセル溶液でのマイクロ波吸収による異常な温度上昇は、細胞内環境にある水のマイクロ波応答が通常の液体の水とは異なることを示唆し、それが生体のマイクロ波照射効果の起源になっている可能性がある。つまり、フレーリッヒ凝縮とは異なるモデルで説明できる可能性がある。そこで、次年度は、逆ミセルのマイクロ波照射による温度上昇特性を詳細に調べ、その機構を明らかにする。その状況でタンパク質の電子及び振動状態などの物性を観測し、マイクロ波照射の生体効果を調べる。一方で、フレーリッヒ凝縮により発生すると予測されている振動数である0.1テラヘルツ領域の振動状態を直接観測しフレーリッヒ凝縮の検証を行う。そのために、マイクロ波エネルギー注入条件下で高周波数分解ラマン分光及び時間領域テラヘルツ分光ができる装置の構築を行い、逆ミセル試料を対象に検証を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
マイクロ波照射実験に導入予定のサーモカメラなどの仕様の検討及びメーカー選定に時間を要し、年度内の調達ができなかったため次年度使用額が生じた。来年度にこれらを購入する予定である。
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