熱スパイクによって誘起される分子運動およびその生物作用の解明

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量子ビームによって付与されるエネルギーの大半は熱に変換され局所的な高温状態（熱スパイク）が生じる。熱スパイクは生物作用に関与しないと一般的に考えられているが、これまでの研究対象は主にタンパク質等であり、生物作用を左右する可能性についての検討は十分とはいない。本研究では、近年向上が目覚ましい各種解析技術を組み合わせ、量子ビームによって誘起される熱スパイクに由来する圧力波がDNAに作用し、生物作用を左右する可能性を明らかにすることを目指して研究を進める。本年度は、水分子の温度上昇による密度変化を測定するための超音波エコー測定装置による実験を進め、鉄イオンビーム照射後の水槽中の水の変化を観測した。昨年度までは測定におけるバックグラウンドが高かったが、超音波吸収シートを水槽内に設置することで、大幅な改善を得た。鉄イオンビーム強度およびビーム径と超音波エコーシグナルの関係を明らかにすることを目的に実験を行った結果、ビーム強度が増すにつれて超音波エコーシグナルの輝度が明るくなることを見出した。また、ビーム強度を一定にしてビーム径を変化させたときは、ビーム径を小さくするにつれ超音波エコーシグナルの輝度が明るくなった。このことは熱スパイク間の距離により水分子の挙動が影響を受ける可能性を示す一方、超音波エコーによる量子ビーム照射のリアルタイム検出に対して重要な示唆を与える。一方本年度は、水に照射された量子ビームのエネルギー付与による軌道付近の水分子の挙動を調べる分子動力学計算を可能とする計算コードを開発した。本計算コードにより、瞬間的に大きなエネルギーが局所的に付与されると、付近の水分子は押し出され、極短時間だが空洞が生じることが示された。