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Non-intrusive measurement of intercellular ions distribution by total internal reflection mapping method between vibration modes and hydrogen bonding of water molecules

采用全内反射映射法非侵入式测量水分子振动模式与氢键之间的细胞间离子分布

基本信息

批准号：
20K20431
负责人：
佐藤洋平
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、分子動力学シミュレーションでさえも不可能であった、電解質溶液における水分子およびイオンの動態を、潜在的に困難と思われてきた全反射ラマン顕微法（ラマン分光法およびラマン散乱光イメージング法）の開発により解明を行う。そして、細胞内液への適用を試みて、イオン介在による水分子動態の空間分布の解明を実験的に実現することを目的としている。イオン介在による水分子からの微弱なラマン散乱光には、様々なノイズが含まれており、国内外の過去の研究においては、ノイズを完全に除去し、水分子動態を精確に明らかにした例は皆無であった。昨年度まで、様々なノイズの要因の特定、そして除去を行い、本年度は、下記の水分子およびイオンの動態を明らかにした。１．バルク領域を対象とした体積照射ラマン顕微法、そして界面極近傍領域を対象とした全反射ラマン顕微法により得られたラマンスペクトルの新たな解析法の提案を行った。具体的には、イオン介在による水分子の水素結合状態変化に特化したMCR法、濃度変化に応じたイオンそのもののスペクトル抽出に特化したSCスペクトル法、そしてイオンに引き寄せられる水分子に特化したRD-SCF-H2O法である。２．イオン介在による水分子の振動モード変化は顕著ではなく、解析対象としては不向きであることが明らかとなった。一方、水分子の水素結合状態は、MCR法を適用することにより、イオン種、イオン濃度、対象領域に応じて顕著に変化していることが明らかとなった。３．SCスペクトル法による、イオンそのもののスペクトル抽出した結果、イオン種および対象領域に応じて顕著に変化していることが明らかとなった。４．本研究では、イオンに引き寄せられる水分子の数を、「水分子誘引数」と新たに定義し、RD-SCF-H2O法を適用することにより、イオン種、イオン濃度、対象領域に応じて顕著に変化していることが明らかとなった。

This study では, molecular dynamics シミュレーションでさえも impossible であった, electrolyte solution における water molecules およびイオンの dynamic を, potential difficulty にとわれてきた total reflection ラマン顕 micro method (ラマン spectrometry およびラマン scattered light イメージング method) の open 発により interpret うを line. そして, intracellular fluid への applicable を try みて, イオン interface in による dynamic の spatial distribution of water molecules の interpret を be 験 of に be presently することを purpose としている. イオン interface in による water molecules からの weak なラマン scattered light には, others 々なノイズが containing まれており, のの past research at home and abroad においては, ノイズをに completely remove し, water molecules dynamic を precise に Ming らかにした example は nix であった. Yesterday's annual まで, others 々なノイズの in specific, そのして line to remove をい, this year's は, remember の water molecules およびイオンの dynamic を Ming らかにした. 1. をバルク field like と seaborne した irradiation volume ラマン顕 micro method, そして interface extremely close alongside domain を like と seaborne した total reflection ラマン顕 micro method により must られたラマンスペクトルの new たな analytic method proposed のを line った. Specific には, イオン interface in によのる water molecules of water element combination state - the に specialized した MCR method, the concentration variations に応じたイオンそのもののスペクトル spare に specialized した SC スペクトル method, そしてイオンに lead き send せられる water molecules に specialized した RD - SCF - H2O method である. 2 イオン interface in によのる water molecules vibration モード variations change は顕 the ではなく, parse like と seaborne しては to きであることが Ming らかとなった. Side, water molecules の water element combination state は, MCR を applicable することにより, イオン, イオン concentration, like field seaborne に応じて顕 the に variations change していることが Ming らかとなった. 3. SC スペクトル method による, イオンそのもののスペクトル spare した results, イオン kind および like field seaborne に応じて顕 the に variations change していることが Ming らかとなった. 4 This study では, イオンに lead き send せられの several をる water molecules, water molecules attracted several new たとに definition し, RD - SCF - H2O を applicable することにより, イオン, イオン concentration, like field seaborne に応じて顕 the に variations change していることが Ming らかとなった.