単一高分子鎖の折り畳み転移の統計熱力学

单聚合物链折叠转变的统计热力学

基本信息

批准号：
03F00200
负责人：
吉川研一
金额：
$ 0.77万
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：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は荷電高分子の凝縮・脱凝縮構造相転移(折り畳み相転移)のメカニズムを明らかにすることである。特に,折り畳み相転移における,静電相互作用と,対イオンの自由度に起因するエントロピー的有効相互作用との競合について明らかにすることを目的としている。これまで行ってきた研究により,疎水性荷電高分子が,Bjerrum長(熱エネルギーに対する静電エネルギーの比)の変化に対して従来の描像とは大きく異なった振る舞いをすることが明らかになった。そこで,本年度は顕微鏡により直接観察が可能なDNAを用いた実験を行い,一分子レベルでの構造を調べた。NMF (N-methylformamide)溶液を用いて,水中よりも高い誘電率環境を実現し,また温度変化によって誘電率を大きく変化させることが出来る系を構築した。この手法により,幅広いBjerrum長の領域で実験を行うことが出来る。具体的には,DNAにspermidine(3価のカチオン)を加え,蛍光顕微鏡でDNAの構造を観測することで折り畳み相転移が起きる濃度領域を調べた。また,アミノ酸を溶媒として用いた系でも実験も同時に行った。アミノ酸もまた誘電率を大きく変化させるものとして知られており,この系についてもDNAの折り畳み相転移について直接観察実験を行った。これらの実験から,DNAの凝縮相と脱凝縮相との自由エネルギー差がBjerrum長にどのように依存するのかを見積もる予定である。また,本研究内容はProceedings of Dynamics of Complex Fluidに掲載予定である。

这项研究的目的是阐明带电聚合物的凝结和脱凝结结构相变（折叠相变）的机制。特别是，目的是阐明静电相互作用与折叠相过渡中的反子自由度引起的熵有效相互作用之间的竞争。先前的研究表明，疏水电荷聚合物的行为与传统图像与Bjerrum长度的变化（静电能与热能的比率）的行为有很大不同。因此，今年我们使用DNA进行了一项实验，可以使用显微镜直接观察到在单分子水平上研究结构。使用NMF（N-甲基甲酰胺）溶液，构建了一个系统，该系统可实现比水中更高的介电常数环境，并且可以通过温度变化显着改变介电常数。该技术允许在宽范围的Bjerrum长度上进行实验。具体而言，将精子（三价阳离子）添加到DNA中，并在荧光显微镜下观察到DNA的结构，以检查发生折叠相变的浓度区域。此外，还使用氨基酸作为溶剂同时进行了实验。众所周知，氨基酸也会显着改变介电常数，我们就该系统中DNA的折叠相变了直接观察实验。从这些实验中，我们将估计DNA的凝结相和反感相之间的自由能差如何取决于Bjerrum的长度。此外，这项研究的内容将在复杂流体动力学论文集中发表。