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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20431/
• 关键词: 全反射ラマン分光法; 全反射ラマン散乱光イメージング法; ラマンスペクトル解析法; 水分子動態; 水素結合状態; イオン動態; イオンの水和; 細胞内液; 全反射・多波長ラマン散乱光イメージング法; 水分子挙動; 振動モード状態; イオン挙動; 細胞内イオン濃度分布; 細胞遊走; 細胞内金属イオン濃度空間分布; 全反射・多波長ラマン散乱イメージング法; 水分子の振動モード状態; 水分子の水素結合状態; 水分子動態の時空間マッピング; 細胞内金属イオン空間分布; 全反射ラマン分光法; 全反射ラマン散乱光イメージング法; ラマンスペクトル解析法; 水分子動態; 水素結合状態; イオン動態; イオンの水和; 細胞内液; 全反射・多波長ラマン散乱光イメージング法; 水分子挙動; 振動モード状態; イオン挙動; 細胞内イオン濃度分布; 細胞遊走; 細胞内金属イオン濃度空間分布; 全反射・多波長ラマン散乱イメージング法; 水分子の振動モード状態; 水分子の水素結合状態; 水分子動態の時空間マッピング; 細胞内金属イオン空間分布

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。

这项研究将通过开发总反射拉曼显微镜（拉曼光谱和拉曼散射光成像）来阐明电解质溶液中水分子和离子的动力学，这些动力学也是不可能的。目的是通过实验将其应用于细胞内流体，并实现通过离子介导的使用的水分子动力学空间分布的实验性阐明。由于离子介导的介导引起的水分子的弱拉曼散射光包含各种噪声，在日本和国外的过去研究中，没有一个情况通过完全消除噪声来准确地揭示了水分子动力学。直到去年，鉴定和去除了各种噪声因子，今年我们已经阐明了水分子和离子的以下动力。 1。我们提出了一种通过体积辐照拉曼显微镜获得的拉曼光谱的新分析方法，用于散装区域，并为界面杆附近的区域提供了总反射拉曼显微镜。具体而言，MCR方法专门用于通过离子介导的用途改变水分子的氢键状态，SC光谱方法专门针对浓度的变化来提取离子本身的光谱，而RD-SCF-H2O方法则专门从事吸引离子吸引的水分子。 2。由于离子介导的离子引起的水分子的振动模式变化并不明显，并且发现它们不适合分析。另一方面，通过应用MCR方法，水分子的氢键状态取决于离子物种，离子浓度和感兴趣的区域。 3。离子本身的光谱是通过SC光谱提取的，并且揭示了离子本身取决于离子物种和感兴趣的区域。 4。在这项研究中，被吸引到离子的水分子的数量新定义为“诱导参数的水分子”，并且通过应用RD-SCF-H2O方法，发现被离子浓度，离子浓度和感兴趣的区域所吸引的水分子数量显着变化。