マイクロ波誘電分光法による水の動的構造と生体物質の機能発現機構

利用微波介电谱研究水的动态结构和生物材料的功能表达机制

基本信息

批准号：
01J08615
负责人：
佐藤高彰
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

生体関連物質が機能発現可能な形態へ到達するための自己組織化機構の解明を目指し、これらに対し本質的であると考えられる、溶質分子の親水性と疎水性のバランス、立体構造、電荷の違いによる多様な物質と水との相互作用の多様性、すなわち疎水性水和、疎水性相互作用、静電相互作用の効果を、(1)マイクロ波及びミリ波領域の誘電分光法による分子やイオンのダイナミクス観測、(2)小角X線散乱を中心とした散乱法を用いた構造決定に加え、(3)動的光散乱、密度・音速の超精密測定等の力学・光学物性を多角的に組み合わせて検討した。(1)水を「生命現象の場」「機能性、選択性の源」と捉え、水素結合性に起因する階層的ダイナミクスの解明を行った。水のマイクロ波及びミリ波領域の超高精度誘電緩和測定を行い、サブTHz分光、赤外吸収の最新の結果と結合して50MHz-18THzのスペクトルから水分子の協同緩和、局所構造の緩和、分子間振動、束縛回転を詳細に議論し、誘電緩和の速い緩和モード(τ〜0.5ps)と光散乱(ラマン)の緩和モードが同じ起源を持つ事などを初めて明らかにした。(2)多様な水素結合液体混合系の系統的な緩和時間の分析から、水素結合アクセプターサイトの数密度と溶質分子内の親水基立体配置の空間相関の強さが、協同緩和(=水素結合ネットワークの組替え)のタイムスケールを決定付けるパラメータであり、水素結合の組換えに伴い、溶質分子の周囲で多数の水素結合を同時に切断する必要がある場合、協同緩和時間は劇的に遅くなることが分かった。(3)生体由来の両親媒性高分子が水中で形成する多様なナノ構造体構造と自己組織化機構に関する研究を親水基鎖長が異なるコレステロール誘導体を着目系として展開した。生体由来の両親媒性高分子が形成する、球状、棒状ミセルや、ラメラ、キュービック、ヘキサゴナル液晶等のナノ構造体の自己組織化機構を、相挙動と複数物性を密接に対応させて検討し、従来、極狭い濃度範囲でのみ現れると考えられていた中間相と言われる特殊な液晶相が広範な濃度領域で安定に存在することを明らかにし、中間相構造の濃摩変化や通常相への転移を詳細に追跡することが出来た。※本研究の遂行のため、2003年8月から約2ヶ月聞、ドイツRegensburg大とオーストリアGraz大に渡航し、海外研究機関の先端的装置を用した測定を行った。

我们的目的是阐明可以在功能上表达生物学相关物质的自组装机制，我们研究了溶质分子的水文性与疏水性之间的平衡，以及通过三维结构和电荷相互作用，以及电氢相互作用，以及电荷相互作用，以及电力相互作用，以及电氢相互作用，以及电氢相互作用，以及电氢相互作用，以及电氢相互作用，以及电力相互作用，以及电力相互作用，以及电力的疏水性，以及电氢相互作用，以及电质相互作用，以及电力的疏水性，以及电力的疏水性，以及电力的疏水性，以及微波和毫米波区域中的介电光谱分子和离子动力学，以及（2）使用以小角度X射线散射为中心的散射方法的结构测定，以及（3）机械和光学特性，例如动态光散射以及密度和声音速度的超精美测量。（1）我们将水视为“生命现象的场所”和功能和选择性的来源，并阐明了由氢键引起的层次动力学。超高精确的介电介质放松测量测量是在微波和毫米波中进行的，并与Sub-thz Spectrared Spectrared Spectrared Spectrared Spectrored Spectrored consection consemotion和mindepery spection spectrored sepplrover Spectrared spectrored spectrored spectrored spectrored spectrorscoption。 50MHz-18THz频谱，局部结构的松弛，分子间的振动和结合旋转，这是第一次揭示介电弛豫的快速放松模式（τ-0.5PS）和光散射的弛豫模式（拉曼）的液态宽度分析（2）相同的液态均匀脉冲。溶质分子中氢键受体位点的数量密度和亲水性碱的配置是一个参数，它决定了合作放松的时间尺度（=氢键网络重新组合），并且当需要在多个氢键中溶于溶质分解氢键时，合作的放松时间大大降低。（3）我们开发了针对水中生物衍生的两亲性聚合物形成的多种纳米结构结构和自组装机制的研究，重点是具有不同亲水性链长度的胆固醇衍生物。我们研究了纳米结构的自组装机制，例如球形，杆状胶束，层状，立方，三次，六角形液体晶体，与生物学衍生的两亲性聚合物形成，与相位行为和多个物理性质紧密相应，并揭示出了多种液态阶段，以前曾在狭窄的范围内呈现出狭窄的范围，这些阶段在狭窄的范围内，在狭窄的范围内，这些阶层在狭窄的范围内，这些阶层的范围很狭窄，这些范围在范围内呈现出狭窄的范围。浓度，并能够详细跟踪中间体结构的变化及其过渡到正常阶段。 *为了进行这项研究，我从2003年8月开始前往德国雷根斯堡大学和奥地利大学大约两个月，并使用来自海外研究机构的先进设备进行了衡量。