[量子生体] 令和元年度採択課題

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Antill Lewis.M

動物磁気感受のためのクリプトクロム時空間計測

研究者
研究概要

本研究では、鳥類のコンパスなど、動物の磁気受容のメカニズムを知るために、最大候補分子とされるクリプトクロムの光化学反応に対する磁気感受の信号形成/伝播を解明します。量子力学を基本としながらも、光遺伝学、分子分光法、電子スピン共鳴法を使って反応過程や構造変化を明らかにすることを目的とします。本研究は所謂「量子生物学」のモデルであり、広い学際的な科学領域研究への意欲的なチャレンジでもあります。

馬越 貴之

生命ナノ動態をありのままに観察するラベルフリー超解像顕微鏡

研究者
研究概要

本研究では、自由電子の集団的量子化で光を物理的にナノ局在させることによって、ラベルフリーな超解像顕微鏡を開発します。性能を極限に高め、ラベルフリーイメージングをビデオレートの撮像速度と10 nmの空間分解能で実現します。光学顕微鏡の覗き込むような観察をナノスケールで可能にし、細胞膜を始めとした多くの生命現象のナノダイナミクスをありのままに録画し、先端生命科学に大きなインパクトを与えます。

小野 尭生

量子容量を用いた生化学的界面の計測と制御

研究者
研究概要

本研究では、量子的性質を持つナノマテリアルを用いて、界面の状態を計測しさらには制御する、新たな手法を開発します。これにより、生化学的界面に高感度かつリアルタイムにアクセスする汎用的な方法を確立するとともに、界面を新たな極微小の反応場として提示します。

片山 耕大

構造基盤に立脚した色認識機構および色覚情報伝達機構の解明

研究者
研究概要

色覚視物質の機能発現 (波長制御・情報伝達) における光反応過程を理解するためには、①量子化学に支配される発色団の励起状態のエネルギー準位を決定し、②ニュートン力学で記述可能な動的構造変化を明らかにする必要があります。本研究は、X線結晶構造解析により色覚視物質の原子座標を決定し、発色団と蛋白質場との相互作用を原子レベルで「観ます」。さらに赤外分光解析により反応中間体の構造変化を実時間で追駆します。

齊藤 諒介

蘇る太古の光合成タンパク質:量子効果の誕生

研究者
研究概要

本研究は、太古の光合成タンパク質を現代に蘇らせることにより、「量子効果がいつ誕生したか」について研究します。具体的には、地球生命誌38億年の堆積岩中に含まれる光合成タンパク質を分光的・生化学的手法により復元し、その光合成タンパク質の量子効果の有無を確認することで、量子効果がいつの時代まで遡れるかを研究します。そして、量子効果の誕生した時期の古地球環境も調査することで、生命進化と地球環境の関連性を明らかにします。

庄司 光男

生体内量子多体系における特異的化学反応の機構解明

研究者
研究概要

光化学系II酸素発生中心ではMnの酸化数が決定できていない大問題が存在します。本問題を量子スピン状態固有の磁気異方性相互作用を帰属することで解明します。また、S2->S3->S0過程の新たな反応機構を独自開発の構造探索手法を用いて解明します。ニトロゲナーゼ(NG)については休止状態の基底スピン状態と電荷状態を帰属することで理論解明します。窒素還元に関わる反応経路を探索し、NGの反応機構の理論解明を進展させます。

富田 英生

個別化医療にむけた光量子による放射性核種分離・分析法の開発

研究者
研究概要

本研究は、光共振器を用いた超高感度レーザー吸収分光に基づく放射性同位体分析法を高度化し、それと高速液体クロマトグラフィーを融合して、放射性同位体で標識した化合物の代謝物を分析可能な生体代謝分析手法を開発します。また、放射性核種による革新的な治療・核医学診断のために、レーザー共鳴励起・イオン化に基づく放射性核種分離、および、レーザー核偏極法の開発を行います。

藤橋 裕太

時間分解量子もつれ分光法: 理論基盤の構築と生体分子系への応用

研究者
研究概要

既存のフェムト秒時間分解レーザー分光はフーリエ限界のため周波数分解能が犠牲になり、PSII反応中心のように熱揺らぎ程度のエネルギー領域に複数の電子状態を含む動的過程の実時間観測が困難です。本研究は、量子もつれ光による時間分解分光理論を構築します。量子相関の利用により古典光では不可能な周波数分解能と時間分解能の両立を達成し、PSII初期電荷分離過程の解明へ展開できる量子技術の理論基盤を確立します。

本蔵 直樹

非線形光学効果が照らす生体物質交換の仕組み

研究者
研究概要

本研究は、生体物質交換、特に酸素供給機構理解のために、人総細胞数の約70%を占める赤血球の酸素結合度を動物の微小循環において非線形光学効果を用いて計測します。この際、生体分子由来の高調波発生および量子技術を基盤とした波長変換を巧みに組み合わせ、高い時空間解像を伴った細胞閉鎖系・血管内に存在する単一赤血球の酸素放出の場および調節機構の解明、またこれを基盤として物質交換機構の理解、およびその定式化を目指します。

柳澤 啓史

原子分解能・低速電子ホログラフィーの開発

研究者
研究概要

電子顕微鏡の発展により生体分子の3次元原子構造が明らかになってきました。しかし、観測には高エネルギーの電子を用いるため、生体分子の破壊が避けられません。結果として特定の1分子の3次元原子構造を観測できるに至っていません。低速電子は生体分子へのダメージを極端に低減できますが、現状では原子分解能に到達するのは困難です。本研究ではその低速電子線を用いて全く新しい原子分解能・電子顕微鏡を開発します。

山崎 歴舟

共振器オプトメカニカルフルイディックスの開発

研究者
研究概要

本研究では常温液中におけるオプトメカニクスに着目し、液中フォノンモードおよび光モード共振器の高Q値化、ならびにそれらのモードを強く結合させた系、共振器オプトフルイディックスの開発を行います。液体相の量子操作を目指し、量エレ技術の生体応用が可能な新たなプラットフォームの創出を試みます。その中で新たな光・音波による生体のトラッピング技術の開発、また液体のレーザー冷却を目指して研究を進めていきます。

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