【研究分野】物理化学、機能物性化学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

界面・表面 / キラリティー / 二次構造 / タンパク質 / 偏光 / 分子配向 / 表面・界面 / 時間分解分光

【研究成果の概要】

本研究では、界面におけるタンパク質の二次構造を、ヘテロダイン検出キラル振動和周波発生（Vibrational Sum Frequency Generation: VSFG）分光法で研究した。キラルVSFG分光法は、バルク相および界面のキラリティーについて活性なため、界面選択性が問題であった。
本研究では、入射光および信号光の偏光を用いることにより、信号光の空間的な起源（バルク相もしくは界面）を決定することに成功した。また、アミドI信号とαヘリックスおよびβシートの配向の関係を導出した。これにより、キラルVSFG分光法を界面選択的かつ二次構造選択的な手法として用いることができることを示した。

【研究の社会的意義】

本研究では、界面選択的な分光法を用いることで、タンパク質などの界面での性質を明らかにすることを目指した。タンパク質はαヘリックスやβシートなど、キラリティー（鏡像）を持つ。これまでに、界面選択的かつキラリティーを検出できる手法は存在しなかった。近年開発されたキラル振動和周波発生分光法は、界面のキラリティーを高感度に検出可能である。本研究では、キラル振動和周波発生の信号発生について、バルク相に由来するのか、界面に由来するのかを容易に決定できる手法を提案した。また、界面での二次構造の分子配向と、キラル振動和周波発生信号の符号の相関を研究した。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】17H04865 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

キラリティー / 非線形分光 / 和周波発生 / 表面・界面 / ハイパーラマン分光 / 振動分光 / 時間分解分光 / 非線形分光法 / 界面・表面 / 分子分光

【研究成果の概要】

本研究では、高感度なキラルティー検出を可能にする新規非線形分光法の開発を行った。二次非線形分光の一種である振動和周波発生（VSFG）分光法を用いたキラルVSFGにより、透過型のヘテロダイン検出キラルVSFG分光を世界で初めて実現した。それにより、従来数10分を必要としていたキラル試料について、1秒程度で良好なスペクトルを得ることを実現した。
さらに、キラルVSFG信号がバルクから発生するのか、界面から発生するのかという空間的起源について、偏光配置依存性を測定することで、この問題を解決した。これにより、厳密な電子非共鳴条件下では、キラルVSFG分光法が界面選択性を持つことを示した。

【研究の社会的意義】

本研究では、ヘテロダイン検出キラル振動和周波発生分光法を用いることで、従来のキラティーを研究する振動分光法と比較して、はるかに高感度なキラリティー検出を可能にした。多くの生体分子はキラリティーを持つため、キラリティーの検出およびエナンチオマー（鏡像異性体）の区別は生物・医薬分野において重要である。本手法をさらに発展させることにより、生体分子のキラリティーの高感度検出も可能になると考えられる。さらに近年、単分子膜レベルでのキラリティーによる物性制御が行われつつある。本研究で開発した手法は、単分子レベルのキラリティーも容易に検出・区別可能であり、今後物性分野でも使われる可能性が大きいと考えられる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】20,280千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 4,680千円)