研究概要

キーワード

走査プローブ顕微鏡(解説ポスター )  分子エレクトロニクス (解説 )

交差分子線法  状態(配向)選択

詳細ネットワーク型分子エレクトロニクスの構築

分子の自己組織化を用いて、分子物質でニューラルネットワーク(人工神経回路網)を構築する研究を進めています。ネットワーク中に配置された分子準位を介した電子輸送を用いて、神経細胞の発火に対応する閾値動作を行います。タンパク質、巨大分子、金属錯体をネットワーク中に配列して、デバイスを構成します。ゆらぎを積極的に利用し、生物のように柔軟性に富む動作を行う新しい情報処理を化学の力で実現することを目指しています。

走査プローブ顕微鏡による単一分子電気伝導計測

単一分子測定の図

分子ネットワークの構成要素となる個々の分子の電気的特性について、走査プローブ顕微鏡を用いた単一分子電気伝導計測を行っています。近年、単一分子計測は著しく発展しました。が、その結果、分子を流れる電流は、電極-分子間結合に大きく左右されること、さらに電極-分子間結合の制御は大変難しいことがわかってきました。そこで、我々のグループでは、絶縁体的な疎結合を介して、トンネリングやホッピングによる安定かつ強い非線形性を示す分子-電極システムについて研究を進めています。

詳細時間分解静電気力顕微鏡の開発

絶縁体上に配置されたナノスケール物質(合成分子、微粒子、タンパク質など)上に光あるいは電場刺激により生成した電荷の移動と消滅を、空間的・時間的変化をナノスケール、ナノ秒の空間時間分解能で画像化する方法を開発しています。

ダイナミックモードの走査プローブ顕微鏡では、探針は振動しています。そこで、この機械的振動と、光励起のタイミングを合わせることにより、ポンプ-プローブ法のように、時間分解測定が可能となります。時間分解静電気力顕微鏡の手法を確立するとともに、有機太陽電池の励起ダイナミクスの解明を目指しています。

詳細ナノスケール力学計測によるタンパク質機能の解明

生命科学の分野において、蛍光ラベルを用いたイメージング技術は著しく進歩しています。しかし、タンパク質による分子の運搬やシグナル伝達では、分子物質間の認識・結合力や、物質移動の原動力となる静電気力など、蛍光では「見えない」相互作用が重要です。そこで、我々のグループでは、周波数シフト法を用いた力学測定により、分子間相互作用、電荷分布、弾性力を分子分解能で計測し、反応論や物理化学的な側面から、タンパク質機能の解明を目指しています。

新しい化学イメージング法の開発

大塚先生 研究概要

走査型プローブ顕微鏡(SPM)と、エレクトロスプレーイオン化質量分析法(ESI-MS)が融合された、走査型プローブエレクトロスプレーイオン化質量分析法(SPESI-MS)を検討しています。
キャピラリプローブ先端部分の、メゾスコピック領域における帯電液体の流動を活用し、走査型プローブ顕微鏡では困難であった、試料に含まれる化学成分(〜1000 Da)をイメージングすることが可能になりました。これまでに、無染色の生体組織中の、脂質などの複数の成分をイメージングする事に成功し、本方法のバイオメディカル分野への応用が期待されています。
また、本方法は、固液界面における局所的な化学反応を直接的に検出する事が可能であり、幅広い分野への展開も目指しています。

レーザー分光による生体ガス検出と病態診断

レーザー分光 改

生体が放出するガス(呼気、皮膚ガス等)には1800種以上の分子が含まれるが、殆どは分子量が100以下の低分子量分子です。生体から放出されたガス分子は生体内反応もしくは腸内細菌により生成した代謝産物であり、病態や酸化ストレス疾患に関係した生体内代謝情報を多く含んでいます。我々はレーザー分光法を用いて生体ガスを超高感度検出する測定装置を開発し、非侵襲病態診断法の開発を目指しています。

構造異性体選別と並進冷却によるラジカル,分子の気液界面反応立体ダイナミクス研究の創出

大山先生

並進エネルギーの低下に 伴い、反応を支配する自由度は、動力学的因子から相互作用因子へと移行することが期待されます。我々は、複数の単結合を有し比較的自由に互いに異性化可能な 多数の構造異性体を持つ生体分子の反応における、構造緩和や反応過程の統計性と選択性の解明及びその動力学的因子と相互作用因子との相関の解明を目指し、 ラジカルや生体分子の並進冷却と構造異性体選別のための新規手法の開発を進めています。これらの分子線と液体ビームとの組み合わせにより気液界面立体ダイナミクスの研究を推進します。

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