新規な非線形分光法による界面の観測

使用新型非线性光谱观察界面

• 批准号: 11F01505
• 负责人: 田原 太平
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11F01505/
• 关键词: 界面; 非線形分光; 水; 振動スペクトル; 振動和周波分光; 振動和周波発生

凝縮相の基本的分子ダイナミクスの研究では分子レベルでの詳細な知識が得られているが、界面、特に液体界面に代表される"ソフトな界面"に対するわれわれの理解は未だきわめて限られている。本研究はわれわれが独自に開発した新しい界面選択的非線形分光を駆使して、これまで観測できなかった界面分子の静的、動的挙動を解明することを目的としている。まず申請時の提案課題である界面水素結合構造に対するイオンの効果を調べる実験を行ったが、期待していたような顕著なスペクトル変化は観測されなかった。そこでテーマを変更し、生体膜モデルである脂質/水界面の研究を行った。これまでのわれわれの研究でヘッドグループが電荷をもつ脂質の場合の界面水の配向と水素結合構造は明らかになっているが、電荷を持たないヘッドグループを持つ脂質の膜の界面の水の情報は全く得られていない。そこで、脂質としてDPG、DPPGを取り上げ、中性脂質膜/水界面のOH伸縮振動領域のImx (2)スペクトルの測定を行った。幅の広いOH伸縮バンドが正の符号をもって観測されたが、これは電荷を持たない中性の脂質膜の界面でも、界面の水分子は平均的に水素を脂質膜側に向けた配向を取っていることを意味している。この配向は、ヘッドグループと水分子の水素結合によって誘起されたものであると考えられる。さらに、生物科学の分野で強い興味を集めている膜貫通ペプチドの膜通過機構を考察するため、脂質膜/水界面における脂質と膜貫通ペプチドの相互作用にっいて研究した。典型的膜貫通ペプチドであるstearyl octaarginineとoctaarginineを、負に帯電した脂質(DPPG)が単分子膜を作っている水溶液に加えて、Imx<(2)>スペクトルがどのように変化するかを測定した。膜と膜貫通ペプチドの強い吸着を示唆する水のOH伸縮振動バンドの顕著な変化が観測された。

尽管对凝结相的基本分子动力学的研究可在分子水平上提供详细的知识，但我们对接口，尤其是“软接口”（例如液体界面）的理解仍然非常有限。这项研究旨在阐明界面分子的静态和动态行为，直到现在，直到现在，使用我们独立开发的新界面选择性非线性光谱。首先，我们进行了一个实验，以研究离子对界面氢键结构的影响，这是在应用时提出的问题，但没有观察到预期的显着光谱变化。因此，主题已更改并研究了生物膜模型的脂质/水界面。先前的研究表明，在脂质的情况下，界面水的方向和氢键结构在头部组中有电荷，但尚未获得脂质膜界面上的水的信息，但已获得非电荷头部组的脂质膜。因此，将DPG和DPPG作为脂质，并测量中性脂质膜/水界面的OH拉伸振动区域的IMX（2）光谱。观察到一个宽的OH弹力带，有一个正符号，这意味着即使在没有电荷的中性脂质膜的界面上，界面的水分子平均朝向脂质膜方向而定向。该方向被认为是由头部组和水分子的氢键诱导的。此外，为了检查跨膜肽的膜间机制，这些机制吸引了对生物科学领域的浓厚兴趣，我们研究了脂质膜/水界面上脂质和跨膜肽的相互作用。将典型的跨膜肽，硬脂酸八甲素氨酸和八钙氨酸添加到水溶液中，其中带负电荷的脂质（DPPGS）形成单层，以测量IMX <（2）>频谱的更改。观察到OH拉伸振动带的显着变化，表明膜和跨膜肽的强烈吸附。

项目成果

Elucidating the Water Structure at Nonionic Lipid/Water Interfaces Using Novel Interface Selective Nonlinear Spectroscopy

使用新型界面选择性非线性光谱法阐明非离子脂质/水界面的水结构

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Mishra;H. Arae;P. V. Zamostyan;T. Ishikawa;H. Yonehara;S. K. Sahoo;Aniruddha ADHIKARI
• 通讯作者: Aniruddha ADHIKARI

Structure of water at nonionic lipid/water interfaces revealed by heterodyne-detected vibrational sum frequency generation spectroscopy

外差检测振动和频发生光谱揭示非离子脂质/水界面的水结构

• 发表时间: 2012
• 作者: Tianyu Ma;etal;Aniruddha Adhikari
• 通讯作者: Aniruddha Adhikari

Study of the Water Structure at Nonionic Lipid/Water Interface Using Heterodyne-Detected Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy

利用外差检测振动和频发生光谱研究非离子脂质/水界面的水结构

• 发表时间: 2013
• 作者: Yang;Zhuooqing;Aniruddha ADHIKARI
• 通讯作者: Aniruddha ADHIKARI

Probing Interaction of a cell Penetration Peptide with Lipid at Air/Water Interface Using Heterodyne^Detected Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy

使用外差^检测振动和频发生光谱法探测细胞渗透肽与脂质在空气/水界面处的相互作用

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Mishra;H. Arae;A. Sorimachi;M. Hosoda;S. Tokonami;T. Ishikawa and S. K. Sahoo;Zhuoqing Yang;Aniruddha ADHIKARI
• 通讯作者: Aniruddha ADHIKARI

Structure of Water at Nonionic Lipid/Water Interfaces Studied by Heterodyne-Detected Vibrational Sum frequency Generation Spectroscopy

通过外差检测振动和频发生光谱研究非离子脂质/水界面处的水结构

• 发表时间: 2013
• 作者: S. Mishra;A. Takamasa;H. Arae;W. Mietelski;Y. Watanabe;S. Yoshida;T. Ishikawa and S. K. Sahoo.;Zhuoqing Yang;Aniruddha ADHIKARI
• 通讯作者: Aniruddha ADHIKARI