マイクロカンチレバーを用いた微量生体金属タンパク質のテラヘルツESR分光

使用微悬臂梁对痕量生物金属蛋白进行太赫兹 ESR 光谱分析

• 批准号: 18J11268
• 负责人: 岡本 翔
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J11268/
• 关键词: 電子スピン共鳴; 金属タンパク質; 強磁場; テラヘルツ; 力検出; 多周波数; メンブレン; 微量計測

マイクロリットルオーダーの微量な金属タンパク質試料に対するテラヘルツ電子スピン共鳴（ESR）分光法の開発を行った。新たに専用のプローブホルダー、電磁波導波管等の設計および製作を行い、装置系を構築した。ESR信号を力で検出するためのプローブとしてカンチレバーを採用した。また磁場発生機構として最大磁場15Tの超伝導磁石、テラヘルツ光源として後進行波管を採用した。測定感度評価を実施した所、10Tを超える強磁場領域では測定不能となる結果が得られた。そこで、カンチレバーの代わりに、メンブレンと呼ばれるトランポリン型の力検出デバイスを新たに採用した。そして力検出デバイスの変更に伴い以下のような装置の設計変更を加えた。まず電磁界解析シミュレータを用いて最適な形状を計算した上で溶液試料用のセルを設計および自作した。また最適な磁場勾配発生用磁気チップの選定および磁気チップと溶液セルの距離を計算し、プローブホルダー全体の再設計および製作を行った。改良された装置の評価として、DPPH粉末試料に対してESR測定を実施した。その結果、10Tを超える領域における信号雑音比はカンチレバーを使用した場合と比べて100倍以上向上した。測定感度は10^12spins/Gaussという高い感度が得られた。開発した装置を実際の二種類の溶液試料へと応用した。一つ目はヘムタンパク質のモデル物質であるヘミンクロライドの溶液（50mM、2マイクロリットル）に適用し、約0.4THzまでの多周波数においてESR信号を観測することに成功した。二つ目は実際のヘムタンパク質であるアコメトミオグロビンの溶液（8.8mM、10マイクロリットル）に適用し、同様にテラヘルツ領域においてESR信号を観測することに成功した。さらに本装置の動作信頼性を検証するため、ESRシミュレーションとの比較を行い、良い一致を得ることができた。

Development of electron resonance (ESR) spectroscopy for trace metal samples The design and manufacture of new applications such as electromagnetic wave waveguides, etc., and the construction of device systems ESR signal is transmitted from the receiver to the receiver. Magnetic field generator, maximum magnetic field 15T, superconducting magnet, light source, traveling wave tube, etc. Measurement sensitivity evaluation is carried out in the field of strong magnetic field at 10T. For example, if you want to change your mind, you can change your mind. The design changes of the following devices are added to the design changes of the device. The electromagnetic field analysis method is used to calculate the optimal shape of the sample. The selection of the optimum magnetic field matching and the calculation of the distance between the magnetic field matching and the solution are carried out. The improved device was used for ESR determination of DPPH powder samples. The result is that the signal is 100 times higher than the signal in the field. Measurement sensitivity is 10^12spins/Gauss. High sensitivity is obtained. Two kinds of solution samples were used in the development of the device. The ESR signal was successfully measured at a wavelength of about 0.4 THz in a suitable solution (50mM, 2 mM). The ESR signal was successfully measured in the same field as the solution of 8.8 mM and 10 mM in the real time. The operation reliability of this device is verified by ESR and compared with each other.

项目成果

Pressure Effect on Zero-Field Splitting Parameter of Hemin: Model Case of Hemoproteins under Pressure

压力对血红素零场分裂参数的影响：压力下血红素蛋白的模型案例

• DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b03128
• 发表时间: 2018
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B
• 作者: Tsubasa Okamoto;Eiji Ohmichi;Yu Saito;Takahiro Sakurai;Hitoshi Ohta
• 通讯作者: Hitoshi Ohta

SiNxナノメンブレンを用いた微量試料の強磁場ESR測定法

使用 SiNx 纳米膜的微小样品的高场 ESR 测量方法

• 发表时间: 2018
• 作者: 岡本翔;髙橋英幸;石村謙斗;大道英二;太田仁
• 通讯作者: 太田仁

Force detection of high-frequency electron paramagnetic resonance spectroscopy of microliter solution sample

微升溶液样品高频电子顺磁共振波谱力检测

• DOI: 10.1063/1.5055743
• 发表时间: 2018
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Tsubasa Okamoto;Hideyuki Takahashi;Eiji Ohmichi;Haruto Ishikawa;Yasuhisa Mizutani;Hitoshi Ohta
• 通讯作者: Hitoshi Ohta

Pressure Effect on Zero-Field Splitting Parameter of Iron-Porphyrin Complexes Revealed by High-Field and High-Frequency Electron Paramagnetic Resonance

高场高频电子顺磁共振揭示压力对铁卟啉配合物零场分裂参数的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: Tsubasa Okamoto;Eiji Ohmichi;Yu Saito;Takahiro Sakurai;Hitoshi Ohta
• 通讯作者: Hitoshi Ohta

154GHzジャイロトロンを用いた力検出型ESR測定法と金属タンパク質への応用

使用154GHz陀螺仪的力检测ESR测量方法及其在金属蛋白中的应用

• 发表时间: 2018
• 作者: 岡本翔;髙橋英幸;石村謙斗;河野海志;堂野壱暉;石川裕也;光藤誠太郎;大道英二;太田仁
• 通讯作者: 太田仁