高圧条件下における混合溶媒系の臨界普遍性と隠れた長距離相互作用の解明

阐明高压条件下混合溶剂系统的关键普遍性和隐藏的长程相互作用

基本信息

批准号：
21K03494
负责人：
貞包浩一朗
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Doshisha University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、4000気圧の高圧条件下におけるソフトマター（有機溶媒を含む混合溶液系）の基礎的な物性解明を目指している。その中で2022年度は、以下の研究計画を遂行した。(i)高圧環境下での溶液構造を観察するための光散乱システムの構築：「竹田理化株式会社」「株式会社テクメイション」の2社が設計・製作した高圧セル内部にレーザー光（波長532nm、強度500mW）を透過させ、内部の試料の状態を反映した信号（透過光）を検出するためのセットアップを作成した。この状態で、高圧セルの内部を3000気圧まで安定に保つことができることも確認した。(ii)大気圧下での光散乱実験：(i)の研究計画の最中（2022年10月頃）に、高圧セルに圧力を送り込むためのポンプが故障し、修理に半年以上を要することが判明した。そのため、高圧環境下での光散乱実験を中断し、大気圧下のみでの光散乱実験を行った。まず、166kbpの長鎖DNA（T4 DNA）に多価イオン（スペルミジン）を添加した溶液を測定したところ、温度変化に伴い構造相転移（coil/globule転移）を起こすことが光散乱データから確認できた。次に、3-メチルピリジンなどの有機溶媒水溶液にイオンを添加した溶液では、温度変化に伴い相分離を起こすことが確認できた。(iii)高圧環境下における小角中性子散乱実験：2022年度に引き続き、日本原子力研究開発機構（茨城県東海村）の小角中性子散乱装置（SANS-U）に高圧セルのシステムを組み込み、高圧環境下におけるソフトマターのナノ構造の解明を進めた。試料として、特にタンパク質を溶解させた溶液を用いた。実験の結果、大気圧から1500気圧までの圧力環境ではタンパク質の形状を正しく測定できることが確認できた。

这项研究旨在阐明在4000 atm的高压条件下，软物质（一种混合溶液系统）的基本物理特性（一种混合溶液系统）。其中，在2022财年，制定了以下研究计划。 (i) Construction of a light scattering system for observing solution structures under high-pressure environments: A setup was created to transmit laser light (wavelength 532nm, intensity 500mW) inside a high-pressure cell designed and manufactured by two companies, Takeda Rika Co., Ltd., and Techmation Co., Ltd., to detect signals (transmitted light) that reflect the condition of the internal sample.还可以证实，在该状态下，高压电池的内部可以保持稳定至3000 atm。（ii）大气压下的光散射实验：在（i）的研究计划期间（2022年10月左右），向高压电池发出压力的泵破裂了，发现修复它需要超过六个月的时间。因此，在高压下悬挂了光散射实验，并且仅在大气压下进行光散射实验。首先，当将多价离子（精子）添加到166 kbp的长链DNA（T4 DNA）的溶液中时，通过温度变化发生结构相变（线圈/球体过渡）的光散射数据（线圈/球形过渡）。接下来，可以证实，在将离子添加到有机溶剂（例如3-甲基吡啶）的水溶液中，随着温度变化而发生相分离。（iii）在高压环境下进行的小角度中子散射实验：在2022财年，将高压细胞系统纳入了日本原子能局（Tokai村，Ibaraki村）的小角度中子散射装置（SANS-U）中，以重大纳米结构，以体验高压元素的纳米结构。作为样品，特别使用了溶解蛋白的溶液。实验证实，可以在从大气压到1500个大气的压力环境中正确测量蛋白质形状。