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生命を司る細胞内でのエネルギー変換あるいは神経、心臓、感覚細胞などの電気信号の伝達は、生体膜あるいは細胞間における複数の電荷移動反応の複合現象である。とくに膜反応の場合は、膜内外の電気的中性を維持するために 、個々の電荷移動反応の間の協同、連携、共役が必須である。本研究では、人工膜を用いて、膜を介した電荷移動反応の共役機構を解明し、時間・空間の影響を考慮した共役の原理・原則を確立することを目指す。
第1のテーマは、ミトコンドリアを想定した時間的・空間的に分離したイオン透過と電子透過の共役反応であり、「共役の基本的測定法の確立」と「共役の基本的原理の確立（秒オーダーでの共役）」については、2020年度までにほぼ達成できた。2021年度は、共役初期過程での電気的中性の成立の調査（ミリ秒オーダーでの共役）について、ドメイン間での電気容量成分等の違いから生じる両ドメイン間でのファラデー電流成分の時間差の現れを観測し、電子移動とイオン移動の時間差による電気的中性の破れの可能性を実証した。さらに、2022年度の新たな展開として、高等植物のミトコンドリアでの時間的・空間的分離を想定した共役系の構築のため、イオン透過と電子透過を仲立ちする第3の電荷透過反応を設けたモデル系の構築に成功した。
第2のテーマは電位振動の共役であり、複数の電位振動反応間の伝播速度と伝播経路の精密計測および電位振動系が同期する条件とその機構について明らかにする。これまでに、電気パルスの界面伝播とバルク伝播という2種類の伝播過程を区別する測定法を開発し、同期に及ぼす界面伝播の優位性を推察した。2021-22年度は、蛍光性界面活性剤のレーザーによる追跡と電気化学の同時測定法を確立し、界面活性剤の界面動画を撮影し、電位変化との関係を実証し、イオン対の界面伝播に基づく振動機構を証明した。
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