| 研究課題/領域番号 |
21H04674
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
石内 俊一 東京工業大学, 理学院, 教授 (40338257)
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| 研究分担者 |
平田 圭祐 東京工業大学, 理学院, 助教 (80845777)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| キーワード | イオン選択性分子 / イオンチャネル / イオノフォア / 冷却イオントラップ法 / レーザー分光 |
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| 研究実績の概要 |
イオンチャネルやイオノフォア，あるいはクラウンエーテールなどのイオン選択性分子は，一般には，周囲に水分子が存在しないとイオン選択性を示さない。本研究は，水和を分子レベルで制御可能な冷却イオン分光を用いて，イオン選択性に対する微視的水和効果の解明を目指している。本年度は以下の項目を実施した。
1)装置改良 2重共鳴分光により異性体選別したスペクトルを測定するには，２つのレーザー光を照射する間で質量分析する必要がある。そこで，リフレクトロン型飛行時間質量分析装置を開発した。1本目のレーザーは冷却イオントラップに導入し，その後，リフレクトロン１段目にイオンを飛行させ質量分析を行う。ここに2本目のレーザーを導入して，生じたフラグメントをリフレクトロン２段目で質量分析する。２本目のレーザーを照射する前に新規に設計・製作した高分解能質量ゲートを設置し，１本目のレーザーで生じたフラグメントを完全除去できるようにした。
2)ビューベリシンのアルカリ金属イオン錯体の研究 イオノフォアであるビューベリシンのイオン選択性については，種々の異なる報告が存在し，詳細は確立しておらず，また，そのイオン選択性のメカニズムも明らかになっていない。そこで，アルカリ金属イオンを含む溶液にビューベリシンを添加し生成した錯体量をエレクトロスプレー質量分析法により比較したところ，Na+に対して高い選択性があることが明らかになった。冷却イオントラップに捕捉した錯体の赤外スペクトルを測定により，その構造的な安定性を解明した。
3)水和金属イオンを認識するイオンチャネルの研究 Ca2+は水和したままイオンチャネルに取り込まれ，イオン識別される。イオン識別のメカニズムを明らかにするために，Ca2+チャネルの選択フィルタードメインの部分ペプチドと水和金属イオンとの錯体を生成し，赤外分光を用いてその選択メカニズムの解明に着手した。
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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
半導体不足等による種々の実験装置の納期遅れがあり，加えて学生の実験装置の操作ミス等による装置の破損があり，急遽代替品の購入などのトラブルがあったものの，自助努力により研究は計画通りに進捗している。論文の出版も順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
以下の研究項目の実施を計画している。
1)リフレクトロン型飛行時間質量分析装置の設置 昨年度製作した質量分析装置を現有装置に接続し，装置の最適化と制御システム(高圧電源など)の構築を行う。
2)イオン源の増設の検討 正イオンを負イオンを別々のイオン源で生成し，真空中に導入した後にそれらの複合体を形成する方法を検討する。これは水和イオンを認識するイオンチャネル（マグネシウムチャネル，カルシウムチャネルなど）の研究に不可欠だと考えられる。そのためのイオン光学系をイオン軌道シミュレーションソフトなどを用いて検討する。また，必要な装置で，使用することが確実なもの（ESIスプレーヤーや高圧電源，シリンジポンプなど）は購入を進める。
3)Ca2+イオンチャネルのイオン選択性の研究 昨年度着手したCa2+イオンチャネルの選択フィルター部分ペプチドのCa2+錯体の水和クラスターの研究を進める。水分子が10個以上付加した水和クラスターの赤外分光を行う。同様の測定をCd2+やMn2+錯体に対しても行い，それら錯体の構造の比較から水和金属イオンの選択性について議論する。
4)ビューベリシン・アルカリ土類金属錯体の研究 ビューベリシンはアルカリ土類金属に対しては複数個配位した構造を生成し，それがイオン選択性を示すことが，昨年度の予備実験で分かっている。そこで，その様な錯体の赤外分光及び理論計算により構造を明らかにし，イオン選択性のメカニズムを解明する。
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