テラヘルツ分光を用いた細胞評価

使用太赫兹光谱进行电池评估

• 批准号: 14J00295
• 负责人: 白神 慧一郎
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J00295/
• 关键词: テラヘルツ時間領域分光法; 水の分子間伸縮振動; 水素結合; 複素誘電率; キセノン; 水の構造化; テラヘルツ分光; 全反射減衰分光法; 植物細胞; 水素結合ネットワーク

本研究課題は，テラヘルツ分光を用いてキセノンが圧入された際に生じる水分子の構造化を評価し，植物中における水の構造化が細胞の生理状態に与える影響に新たな知見を見出すことを目的としている．平成28年度は，細胞の分光測定に適した全反射減衰テラヘルツ時間領域分光（THz TD-ATR）測定系を自作し，それを用いてヒト由来のHeLa細胞中の細胞内水を詳細に評価できることを示した．しかし，植物細胞にキセノンを圧入し，細胞内水の構造化を評価するには至らなかった．テラヘルツ帯の複素誘電率はブロードな誘電応答の重ね合わせで表現されるため，水の動態・構造に関する詳細な情報を正確に得るためには広帯域にわたる分光測定が必要不可欠である．そこで本研究では超短フェムト秒パルスを用いたTHz TD-ATR測定系の自作を行い，0.2~7.0 THzまで測定領域を広帯域化することに成功した．このTHz TD-ATR測定系の妥当性検証のため270-340 Kの温度範囲で純水の複素誘電率測定を行ったところ，昇温に伴って水の複素誘電率は大きくなる傾向が認められ，さらに270 Kの過冷却水が相転移して氷Ihに変化すると複素誘電率が非常に大きく変化するという結果が得られた．これらの結果は先行研究の報告例ともよく一致しており，本測定系で得られる複素誘電率が妥当であることを確認することができた．基板に接着して分裂し，細胞単層を形成するHeLa細胞はTHz TD-ATR測定に適した細胞試料であるため，構築したTHz TD-ATR測定系を用いてHeLa細胞の複素誘電率測定を行い，その結果から細胞内の水和状態ならびに水素結合環境の定量評価を行った．その結果，HeLa細胞内の水の約25 %が水和水として存在しており，残りの75 %の細胞内水は通常の水に比べて極めて無秩序な水素結合構造を形成していることが示された．

This research topic は, テ ラ ヘ ル ツ spectral を with い て キ セ ノ ン が 圧 into さ れ た interstate に raw じ る water molecules の structured を review 価 し, plants に お け る water の structured が cells に の physiological state and え る influence に new た な know see を out す こ と を purpose と し て い る. は pp.47-53 28 year, cell の spectral photometry に optimum し た total reflection damping テ ラ ヘ ル ツ time domain spectroscopy (THz TD - ATR) し を of self determination, そ れ を with い て ヒ ト origin の の in HeLa cells in the inland waters を に detailed review 価 で き る こ と を shown し た. The にキセノ を を of plant cells is pressurized into the を, and the intracellular water is <s:1> structuralized を rated from 価するに 価するに to らな った った った. テ ラ ヘ ル ツ 帯 の complex element induced electricity rate は ブ ロ ー ド な electric 応 lure a の heavy ね close わ せ で performance さ れ る た め, water の, dynamic structure, に masato す る detailed な intelligence を に right る た め に は hiroo 帯 domain に わ た る spectral photometry が need not owe で あ る. そ こ で this study で は ultrashort フ ェ ム ト seconds パ ル ス を with い た THz TD の of self - determination of ATR を line い, 0.2 ~ 7.0 THz ま で measurement field を hiroo 帯 domain change す る こ と に successful し た. こ の THz TD - determination of ATR is の justice 検 card の た め の temperature 270-340 K fan 囲 で pure water の complex element induced electricity rate determination を line っ た と こ ろ, warming に with っ て water の complex element induced electricity rate は big き く な る tendency が recognize め ら れ, さ ら に 270 K の cooling water planning が phase shift し て 氷 Ih に variations change す る と が complex element induced electric rate very big に き く variations change す る と い う results ら が れ た. こ れ ら の results は first study の report と も よ く consistent し て お り, this determination is で have ら れ る complex element induced electricity rate が appropriate で あ る こ と を confirm す る こ と が で き た. Substrate に then し て し division, cell layer 単 を form す る HeLa は THz TD - determination of ATR に optimum し た cell sample で あ る た め, build し た THz TD - determination of ATR system を with い て HeLa の complex element induced electricity rate determination を い, Youdaoplaceholder0 <s:1> results ら ら intracellular <s:1> water and state ならびに hydrogen-binding environment <e:1> quantitative assessment 価を line った. そ の results, HeLa の water が の is about 25% water and water in と し て exist し て お り, residual り の 75% の cells in the inland waters は の water usually に than べ て extremely め て chaotic な water element combination を form し て い る こ と が shown さ れ た.

项目成果

微細気泡水の電気化学的特性の定量評価及び応用実験との相関について

微泡水电化学性能的定量评价及其与应用实验的相关性

• 发表时间: 2015
• 期刊: 混相流
• 作者: 江川達郎;大野善隆;後藤亜由美;横山真吾;生田旭洋;鈴木美穂;林達也;後藤勝正;間瀬崇史;上田義勝，徳田陽明，二瓶直登，杉山暁史，小川雄一，白神慧一郎
• 通讯作者: 上田義勝，徳田陽明，二瓶直登，杉山暁史，小川雄一，白神慧一郎

Evaluation of the Bulk Water dynamics inside HeLa Cells using Terahertz Time-Domain Attenuated Total Reflection Spectroscopy

使用太赫兹时域衰减全反射光谱评估 HeLa 细胞内的大量水动力学

• 发表时间: 2014
• 作者: K. Shiraga;Y. Ogawa and N. Kondo
• 通讯作者: Y. Ogawa and N. Kondo

Hydrogen Bond Network of Water around Protein Investigated with Terahertz and Infrared Spectroscopy

• DOI: 10.1016/j.bpj.2016.11.011
• 发表时间: 2016-12-20
• 期刊: BIOPHYSICAL JOURNAL
• 影响因子: 3.4
• 作者: Shiraga, Keiichiro;Ogawa, Yuichi;Kondo, Naoshi
• 通讯作者: Kondo, Naoshi

タンパク質表層における水の動的・構造的特性の評価

蛋白质表面层水的动态和结构特性评估

• 发表时间: 2015
• 作者: 安藤 英伍;木下 俊則;白神慧一郎，近藤直，小川雄一
• 通讯作者: 白神慧一郎，近藤直，小川雄一