拡張主成分分析法による「糖-脂質膜」相互作用の研究

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本課題では、多変量解析を分光学と結びつけ、新しい分析化学を創生して生体試料解析のような、これまで分光分析が苦手としてきた解析を進められるようにする狙いのもとで研究を進めた。まず、主成分分析法(PCA)の本質的な機能を追求した。これは、多変量解析の基礎的解析モデル化法の一つで、classical least squares(CLS)回帰法の一般化として知られていたが、その物理的内容はこれまで知られていなかったといってよい。これに対し、代表者はPCAがもつまったく未知の機能、「超微量化学信号分離」の原理を発見した。この原理を、リン脂質薄膜と二糖類を相互作用させた単分子薄膜の赤外反射吸収スペクトルの解析に適用し、次の知見を得た。すなわち、1)リン脂質膜の外側に付着した糖と内側まで進入した糖の、糖濃度に対する付着量の変化をマーカーなしに分離検出に成功し、2)乾燥後のリン脂質薄膜に微量に残存した水分子の化学結合サイトを初めて明らかにできた。これらの成果は、脂質薄膜を二糖類付加で構造保護するメカニズムを、分子論的にはじめて解明したものである。この手法はfactor analytical resolution of minute signals(FARMS)と命名され、国内外の6つの招待総説となった(薬学雑誌、分光研究、Tr.Anal.Chem.等)。また、因子分析の古典的名著として有名なMalinowski著のFactor Analysis in Chemistry(Wiley-Interscience)の改定第3版への掲載も決まり、短期間に世界的なインパクトを与えることができたと考えている。さらに、日本薬学会近畿支部奨励賞、日本分光学会論文賞も授与された。この成功により、多変量解析の道の可能性を探る方向で新たに研究テーマを開拓し、現在、薄膜構造解析に極めて有力となり得る、まったく新しい分光解析法の開発にも着手している。さらにFARMSの発見は、ラマン分光法にも画期的な展開を与え、特に生体分子のラマン分光につきものの蛍光発光の問題を解決する道を開いた。そのため、現在は近赤外励起のFourier変換ラマン分光器にこの手法を組み合わせ、蛋白試料の純スペクトルを議論する分析化学的技法の開発を進めている。また、顕微ラマンとFARMSを組み合わせて、微量成分の検出とマッピングを同時に達成する研究も予定している。