マイクロカンチレバーを用いた微量生体金属タンパク質のテラヘルツESR分光

使用微悬臂梁对痕量生物金属蛋白进行太赫兹 ESR 光谱分析

基本信息

批准号：
18J11268
负责人：
岡本翔
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロリットルオーダーの微量な金属タンパク質試料に対するテラヘルツ電子スピン共鳴（ESR）分光法の開発を行った。新たに専用のプローブホルダー、電磁波導波管等の設計および製作を行い、装置系を構築した。ESR信号を力で検出するためのプローブとしてカンチレバーを採用した。また磁場発生機構として最大磁場15Tの超伝導磁石、テラヘルツ光源として後進行波管を採用した。測定感度評価を実施した所、10Tを超える強磁場領域では測定不能となる結果が得られた。そこで、カンチレバーの代わりに、メンブレンと呼ばれるトランポリン型の力検出デバイスを新たに採用した。そして力検出デバイスの変更に伴い以下のような装置の設計変更を加えた。まず電磁界解析シミュレータを用いて最適な形状を計算した上で溶液試料用のセルを設計および自作した。また最適な磁場勾配発生用磁気チップの選定および磁気チップと溶液セルの距離を計算し、プローブホルダー全体の再設計および製作を行った。改良された装置の評価として、DPPH粉末試料に対してESR測定を実施した。その結果、10Tを超える領域における信号雑音比はカンチレバーを使用した場合と比べて100倍以上向上した。測定感度は10^12spins/Gaussという高い感度が得られた。開発した装置を実際の二種類の溶液試料へと応用した。一つ目はヘムタンパク質のモデル物質であるヘミンクロライドの溶液（50mM、2マイクロリットル）に適用し、約0.4THzまでの多周波数においてESR信号を観測することに成功した。二つ目は実際のヘムタンパク質であるアコメトミオグロビンの溶液（8.8mM、10マイクロリットル）に適用し、同様にテラヘルツ領域においてESR信号を観測することに成功した。さらに本装置の動作信頼性を検証するため、ESRシミュレーションとの比較を行い、良い一致を得ることができた。

我们开发了一种太赫兹电子自旋共振（ESR）光谱方法，用于微升量级的少量金属蛋白质样品。设计制造了新型专用探头支架、电磁波导等，构建了装备系统。使用悬臂梁作为探针，强制检测ESR信号。另外，磁场产生机构采用最大磁场为15T的超导磁体，太赫兹光源采用后行波管。当我们进行测量灵敏度评估时，我们发现在超过10T的强磁场区域中无法进行测量。因此，我们采用了一种称为膜的新型蹦床式力检测装置来代替悬臂。随着力检测装置的变化，装置的设计也发生了以下变化。首先，我们使用电磁场分析模拟器计算出最佳形状，然后设计并制造了溶液样品的电池。我们还选择了用于产生磁场梯度的最佳磁性芯片，计算了磁性芯片与溶液池之间的距离，并重新设计和制造了整个探针支架。作为对改进装置的评估，对 DPPH 粉末样品进行了 ESR 测量。结果，超过10T区域的信噪比比使用悬臂梁时提高了100倍以上。获得了 10^12 自旋/高斯的高测量灵敏度。所开发的装置应用于两种类型的实际溶液样品。第一种方法应用于血红素蛋白模型物质氯化血红素溶液（50mM，2 微升），并成功观察到高达约 0.4THz 的多个频率的 ESR 信号。第二种方法应用于acomet肌红蛋白（一种实际的血红素蛋白）溶液（8.8mM，10微升），同样成功地观察到了太赫兹区域的ESR信号。此外，为了验证该器件的运行可靠性，我们与ESR仿真进行了比较，并获得了良好的一致性。

项目成果

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专利数量（0）

Pressure Effect on Zero-Field Splitting Parameter of Hemin: Model Case of Hemoproteins under Pressure

压力对血红素零场分裂参数的影响：压力下血红素蛋白的模型案例

DOI：
10.1021/acs.jpcb.8b03128
发表时间：
2018
期刊：
The Journal of Physical Chemistry B
影响因子：
0
作者：
Tsubasa Okamoto;Eiji Ohmichi;Yu Saito;Takahiro Sakurai;Hitoshi Ohta
通讯作者：
Hitoshi Ohta

SiNxナノメンブレンを用いた微量試料の強磁場ESR測定法

使用 SiNx 纳米膜的微小样品的高场 ESR 测量方法

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
岡本翔;髙橋英幸;石村謙斗;大道英二;太田仁
通讯作者：
太田仁

Force detection of high-frequency electron paramagnetic resonance spectroscopy of microliter solution sample

微升溶液样品高频电子顺磁共振波谱力检测

DOI：
10.1063/1.5055743
发表时间：
2018
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
Tsubasa Okamoto;Hideyuki Takahashi;Eiji Ohmichi;Haruto Ishikawa;Yasuhisa Mizutani;Hitoshi Ohta
通讯作者：
Hitoshi Ohta

Pressure Effect on Zero-Field Splitting Parameter of Iron-Porphyrin Complexes Revealed by High-Field and High-Frequency Electron Paramagnetic Resonance

高场高频电子顺磁共振揭示压力对铁卟啉配合物零场分裂参数的影响