単一量子ドットのブリンキング機構の解明・制御に向けた新しい解析理論の開発

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21510123
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 李 振風 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90397795)
• 連携研究者: 小松崎 民樹 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30270549)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 1分子計測(SMD) / 量子ドット / ナノバイオ / 物性理論 / 光物性

研究概要

間欠的なブリンキングの速度論の仕組みを明確にするために、一連の新しいデータ駆動時系列解析手法及び一分子(SM)量子ドット(QD)蛍光実験により根本的な速度論的スキーム(KS)を直接抽出するためのモデル化法を開発した。その開発の中には、オン-オフ状態における強度のdwell-time統計を正確に抽出できる変化点解析の開発と応用や、時系列による完全な統計情報を最も偏りのないKSによりとらえる為の新たなKS構築手法のが含まれている。新たに開発されたこれらの手法は、SM QD実験においてのみならず、幅広く他のSM測定、例えばSM酵素ターンオーバー実験やF1_ATPase回転評価においてもその高い信頼性と適用性を示している。

研究成果

• [雑誌論文] Dynamic Disorder in SingleEnzyme Experiments : Facts andArtifacts (2012)
  • 著者名/発表者名: Tatyana Terentyeva, Hans Engelkamp, Alan Rowan, Tamiki Komatsuzaki, Johan Hofkens, Chun Biu Li, KerstinBlank
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 6 ページ: 346-354
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decomposability of Multivariate Interactions (2011)
  • 著者名/発表者名: Naoki Miyagawa, Hiroshi Teramoto, Chun-Biu Li and Tamiki Komatsuzaki
  • 雑誌名: Complex Systems 巻: 20 ページ: 165-179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial Heterogeneity of Multivariate Dependence (2011)
  • 著者名/発表者名: Naoki Miyagawa, Hiroshi Teramoto, Chun-Biu Li and Tamiki Komatsuzaki
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1389 ページ: 991-994
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robustness and Diversity of Transitions in a Sea of Chaos and Stochastic Fluctuation (2010)
  • 著者名/発表者名: Tamiki Komatsuzaki, Chun Biu Li, and Shinnosuke Kawai
  • 雑誌名: International Conference of Numerical Analysis and Applied Mathematics 2010 巻: 1281(1) ページ: 1582-1584
• [雑誌論文] Collectivity at Different Space and Time Scales in Multiscale Protein Dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsunaga, C.B.Li, T.Komatsuzaki
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 82 ページ: 016213-016225
  • 査読あり
• [雑誌論文] New Quantification of Local Transition Heterogeneity of Multiscale Complex Networks Constructed from Single-Molecule Time Series (2009)
  • 著者名/発表者名: Chun Biu Li, Haw Yang, and Tamiki Komatsuzaki
  • 雑誌名: Journal of PhysicalChemistry B 巻: 113 (44) ページ: 14732-14741
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bifurcation of no-returntransition states in many-bodychemical reactions (2009)
  • 著者名/発表者名: Chun Biu Li, Mikito Toda, and Tamiki Komatsuzaki
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 130 ページ: 124116
  • 査読あり
• [学会発表] 「大域的パターンの連結情報量とその分解可能性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮川尚紀,寺本央,李振風,小松崎民樹
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 一分子時系列から掘り起こす多次元自由エネルギー地形の情報理論的構成法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 千葉勇太,河合信之輔,馬場昭典,寺本央,Chun Biu Li,小松崎民樹
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 非リボソームペプチド合成酵素の多次元挙動解析理論の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菊地正浩,河合信之輔,寺本央,Chun Biu Li,小松崎民樹
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] Data-Driven Modeling of the Complex Kinetics and Dynamicsfrom Single Protein Motor Rotation Experiments (2012)
  • 著者名/発表者名: Chun-Biu Li
  • 学会等名: Quantitative Developmental Biology
  • 発表場所: RIKEN Centerfor Developmental Biology (CDB)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 2つの反応方向をもつ鞍点での、反応の「過去・未来」を-義的に分ける相空間構造 (2012)
  • 著者名/発表者名: 永幡裕,河合信之輔,寺本央,李振風,小松崎民樹
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] An information theoretic approach to dynamical irreversibility from time series (2012)
  • 著者名/発表者名: Chun-Biu Li
  • 学会等名: DYNAMICS OF COMPLEX SYSTEMS
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2012-03-07
• [学会発表] Extracting the Reaction Network Buried in Single Molecule Time Series of Epidermal Growth Factor Receptor(EGFR) and Growth Factor Receptor-Bound Protein 2 (Grb2) in Cytoplasm (2012)
  • 著者名/発表者名: Tahmina Sultana, Hiroshi Teramoto, Chun Biu Li, Tamiki Komatsuzaki
  • 学会等名: IGP International Symposium 2012
  • 発表場所: Hokkaido University
  • 年月日: 2012-03-02
• [学会発表] Innovative Single Molecule Time Series Analysis of Supermolecular Motor Proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: C.B.Li,T.Komatsuzaki
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Photonic Bioimaging
  • 発表場所: ヒルトンニセコヴィレッジ(北海道)
  • 年月日: 20110206-10
• [学会発表] Spatial Heterogeneity of Multivariate Dependence (2011)
  • 著者名/発表者名: Naoki Miyagawa,Hiroshi Teramoto, ChunBiu Li,Tamiki Komatsuzaki
  • 学会等名: International Conference of Numerical Analysis and Applied Mathematics
  • 発表場所: Greece
  • 年月日: 2011-09-25
• [学会発表] Extracting Protein Dynamics from Single Molecular Time Series (2011)
  • 著者名/発表者名: Z. Liu , C.Li, H. Teramoto, T. Komatsuzaki
  • 学会等名: 分子科学討論会(札幌)2011
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Extracting the reaction network buried in single Molecule Time Series of Epidermal Growth Factor Receptorand Grb2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Sultana Tahmina,Komatsuzaki Tamiki,Li Chun Biu,Teramoto Hiroshi
  • 学会等名: 分子科学討論会(札幌)2011
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] 二つの反応方向をもつ鞍点における反応の決定性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 永幡裕,河合信之輔,寺本央,李振風,小松崎民樹
  • 学会等名: 分子科学討論会(札幌)2011
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] 階層構造をつくる多変数確率過程の数理 (2011)
  • 著者名/発表者名: 宮川尚紀,寺本央,李振風,小松崎民樹
  • 学会等名: 分子科学討論会(札幌)2011
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌市)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Learning the KineticScheme with Minimum ExcessiveInformation from Dwell-Time Time Serie (2011)
  • 著者名/発表者名: Chun-Biu Li
  • 学会等名: 第49回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 兵庫県立大学大学院(神戸市)
  • 年月日: 2011-09-17
• [学会発表] Complex Dynamics and Kinetics from Dwell-Time Time Series (2011)
  • 著者名/発表者名: Chun-Biu Li
  • 学会等名: Telluride Workshop on The Complexity of Dynamics and Kinetics in Many Dimensions
  • 発表場所: Telluride Intermediate School
  • 年月日: 2011-06-20
• [学会発表] Data-Driven Modeling of Single Molecule Expriments from Time Series Analysis (2011)
  • 著者名/発表者名: Chun-Biu Li
  • 学会等名: Seminar
  • 発表場所: Rice University, Department of Chemistry
  • 年月日: 2011-06-17
• [学会発表] The Hidden Markov Modelingwith Exact Information Content of Dwell-Time Time Series (2011)
  • 著者名/発表者名: C. Li
  • 学会等名: Dynamics of complex systems 2011
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2011-03-07
• [学会発表] 一分子時系列情報に基づく革新的モデリング (2010)
  • 著者名/発表者名: 李振風、小松崎民樹
  • 学会等名: 第36回生体エネルギー研究会/特定領域「革新的ナノバイオ」合同シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学銀杏会館(吹田市)
  • 年月日: 20101118-20
• [学会発表] When oneplus one is more than two :Theoreticalchallenges in learning from the nextgeneration single-and multiplemolecule experiments (2010)
  • 著者名/発表者名: C. Li and T. Komatsuzaki
  • 学会等名: 生物物理学会第48回年会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス(仙台市)
  • 年月日: 20100920-22
• [学会発表] 膜超分子モーターの革新的時系列解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: C.B.Li,T.Komatsuzaki
  • 学会等名: 革新的ナノバイオ第5回班会議
  • 発表場所: GakushuinUniversity(東京都豊島区)
  • 年月日: 20100624-25
• [学会発表] Single Molecule Time Series Analysis of Supermolecular Motor Proteins (2010)
  • 著者名/発表者名: C.B.Li
  • 学会等名: Seminar at Instutite for Molecules and Materials, Radboud University
  • 発表場所: Netherland
  • 年月日: 2010-08-03
• [学会発表] Time-dependent Perturbation Analysis of Small Nonintegrable Hamiltonian System (2010)
  • 著者名/発表者名: C.B. Li
  • 学会等名: invited talk, Dynamics of Complex Systems Seminar,Department of Mathematics
  • 発表場所: HokkaidoUniv., Japan
  • 年月日: 2010-06-09
• [学会発表] Transition to Chaos above the Reaction Threshold : Bifurcations,Resonances and Future Challenges (2010)
  • 著者名/発表者名: C. Li
  • 学会等名: Workshop on dynamical systems theory and reaction dynamics toward largesystems
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2010-01-05
• [学会発表] Handy Guide to Analyze TimeSeries from Biological Systems : SomeSimple but Powerful Tools (2009)
  • 著者名/発表者名: C. Li
  • 学会等名: 福井大学医学部医科学特論
  • 発表場所: 学内セミナーA
  • 年月日: 2009-12-15
• [図書] CellSignaling Reactions : Single-Molecular Kinetic Analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: C.B.Li,T.Komatsuzaki,Springer
  • 総ページ数: 330
  • 出版者: Extracting the Underlying Unique Reaction Scheme from a Single-Molecule Time Series