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，我们一直在利用高场动态核极化方法开发高灵敏度核磁共振装置。使用这种方法，我们在 14.1 T 高磁场（1H-NMR 共振频率 600 MHz）下，有机物质的固态 NMR 灵敏度比传统方法提高了约 500 倍。该方法将电子自旋作为稳定自由基添加到样品中，并在约30 K的温度下照射高功率太赫兹波以使电子自旋跃迁饱和。该装置在动态核极化方面取得了多项世界第一，例如在最高磁场下实现动态核极化、在最低温度下进行魔角样品旋转、引入太赫兹波的频率可调谐等记录。现在该装置的原型装置已基本完成，本研究将开发一种将其用于蛋白质结构分析等的方法。这就是最初的目的。作为该方法的应用，我们在2012年进行了利用光激发自由基进行动态核极化的实验。该方法使用可见激光而不是亚毫米波，使实验变得更加容易。在实验中，我们尝试通过使用黄素作为染料来提高氨基酸的核磁共振灵敏度。首先，我们证实该实验将溶液中的灵敏度提高了 10 倍。在固体中，这种效应只有在极低的温度下才能得到证实。这被认为是由于三重态自旋被光激发激发，从而促进了核自旋的纵向弛豫。我们研究了玻璃基质的成分，以良好的重现性进行该实验，并发现甘油更优越。在极低温度下脱气时可以清楚地观察到这种效应。结果，我们发现可以使用高分辨率魔角样品旋转固态核磁共振来详细研究电子自旋激发态。此时，将样品放入透明转子中进行测量。在该方法中，通过在观察期间关闭光照射，线宽不会因顺磁弛豫而增加，并且已发现该方法是有用的，因为它可以提高因顺磁弛豫而引起的实验的重复性。