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。

我们已经开发了轨迹电子旋转共振（ESR）光谱，用于在微量液的顺序上用于痕量金属蛋白样品。新设计和制造的专用探针支架，电磁波指导等，并构建了设备系统。悬臂用作用力检测ESR信号的探针。此外，将最大磁场的超导磁铁用作磁场生成机构，后行动波管被用作Terahertz光源。测量灵敏度评估后，在超过10T的强磁场区域中无法进行测量。因此，采用了一种称为膜的新型蹦床型力检测装置，而不是悬臂。此外，随着力检测设备的更改，对设备进行了以下设计更改。首先，使用电磁场分析模拟器计算最佳形状，然后设计和构建溶液样品的细胞。此外，选择了用于生成磁场梯度的最佳磁芯片，计算磁芯片和溶液电池之间的距离，并重新设计和制造整个探针固定器。作为对改进设备的评估，对DPPH粉末样品进行了ESR测量。结果，与使用悬臂相比，超过10T区域的信噪比已提高了100倍以上。测量灵敏度高为10^12旋转/高斯。将开发的设备应用于两个实际的解决方案样品。第一个应用于半氯化物的溶液（50 mm，2微透明剂），这是血红素蛋白的模型材料，并且能够以多个频率观察到约0.4 THz的多个频率。第二个应用于实际血红素蛋白co菌蛋白（8.8 mm，10微晶）的溶液，同样，在Terahertz区域成功观察到ESR信号。此外，为了验证该设备的操作可靠性，与ESR模拟进行了比较，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