高磁場動的核分極固体NMRの生体系応用法の開発

高场动态核极化固态NMR生物系统应用的发展

基本信息

批准号：
11F01798
负责人：
藤原敏道
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
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

项目摘要

これまで私たちは高磁場動的核分極法によるNMRの高感度化装置の開発を行って来た。この方法で, 14.1Tの高磁場(1H-NMR共鳴周波数600MHz)で, 有機物について通常法に比べ約500倍の固体NMR感度向上を実現した。この方法では, 電子スピンを安定ラジカルとして試料に加え, 約30Kの温度で電子スピン遷移を飽和させる高出力テラヘルツ波を照射する。この装置は, 最高磁場で動的核分極法を実現したこと, 最低温度でマジック角試料回転を行ったこと, テラヘルツ波の周波数可変性を導入したなど, 動的核分極について多くの世界初の記録を持つ。この装置の試作装置がほぼ完成したことにより, 本研究では, これを蛋白質などの構造解析に用いるための方法論を開発する。これが当初の目的であった。この方法の応用として, 平成24年度は光励起ラジカルを用いて, 動的核分極法を行う実験を行った。この方法では, サブミリ波の代わりに可視レーザー光を用い, 実験は容易になる。実験では, 色素としてフラビンを用いてアミノ酸のNMR感度向上を試みた。まず, 溶液中ではこの実験により感度が10倍向上することを確認した。固体中では, 極低温でのみこの効果が確認できた。これは, 光励起により三重項スピンが励起され, 核スピンの縦緩和が促進さえたことによると考えられた。この実験を再現性よく行うためのガラスマトリックスの組成を検討して, グリセロールがすぐれていることも確認した。この効果は, 極低温で脱気したとき顕著に観測された。これにより, 高い分解能を持つマジック角試料回転固体NMRンにより電子スピン励起状態を詳細に検討できることが分かった。この時, 透明なロータにサンプルを入れて測定した。この方法では, 観測時には光照射をオフにすることで常磁性緩和による線幅の増加はなく, 常磁性緩和による実験くり返し速度の向上を計ることができ有用であることが分かった。

到目前为止，我们一直在开发使用高磁场动态核极化的设备，以使NMR高度敏感。与常规方法相比，该方法的高磁场达到了14.1T（1H-NMR共振频率为600MHz），并提高了有机物的固体NMR敏感性约500倍。在这种方法中，将电子自旋作为稳定的自由基添加到样品中，并用高功率terahertz波辐照，该波浪在约30k的温度下饱和电子自旋跃迁。该设备具有动态核极化的许多世界优先记录，包括在最高磁场上实施动态核极化方法，在最低温度下的魔术角标本的旋转以及Terahertz波的频率变异性的引入。随着该设备的原型设备几乎完成，该研究将开发一种用于蛋白质和其他产品结构分析的方法。这是最初的目的。作为这种方法的应用，2012年，我们使用光激发自由基进行动态核极化进行了实验。该方法使用可见的激光光而不是亚毫米波，从而使实验更加容易。在实验中，我们尝试使用黄素作为染料来提高氨基酸的NMR敏感性。首先，通过该实验在溶液中确认敏感性增加了10倍。仅在固体温度极低的情况下证实了这种效果。这被认为是由于三胞胎旋转被光激发的事实所致，甚至促进了核自旋的纵向松弛。还研究了玻璃基质以高可重复性执行该实验的组成，并证实甘油很棒。当在极度低温的温度下脱气时，可以显着观察到这种效果。这表明可以通过使用具有高分辨率的魔术角样品的旋转固体NMR来详细检查电子自旋激发态。此时，将样品放在透明的转子中，进行测量。由于在观察过程中关闭光照射，因此发现该方法很有用，并且由于顺磁性松弛而不会增加线宽度，并且可以通过顺磁性松弛来提高实验重复速度。