Volume 17（2012）
1. 最近の研究から／FROM LATEST RESEARCH
東北大学大学院 理学研究科 Department of Earth and Planetary Materials Science, Tohoku University
- Abstract
- 地球深部に相当する超高圧力高温条件において、地球構成鉱物の弾性波速度を決めることは、地球内部を伝播する地震波観測データとの直接比較を行うことができるため、地球内部の鉱物学的なモデルを構築する上で必要不可欠である。レーザー加熱式ダイヤモンドアンビルセル装置と放射光X線回折およびBrillouin散乱分光法を組み合わせた高温高圧条件における弾性波速度測定システムを用いて得られた地球のマントル深部条件での弾性波速度測定結果から下部マントルは従来考えられていたよりも珪素に富む可能性が示唆される。
[1]名古屋大学大学院 工学研究科 Department of Applied Physics, Graduate School of Engineering, Nagoya University、[2]東京大学 物性研究所 The Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo
- Abstract
- 最低温までスピン自由度が凍結しない量子スピン液体の候補物質として、6H-ぺロブスカイト型銅酸化物Ba3CuSb2O9が注目を集めている。1978年に報告された結晶構造に基づいて、Cu2+イオンが形成する二次元三角格子が量子スピン液体の舞台と考えられていた。本研究では、SPring-8 BL02B1およびBL02B2における放射光X線を用いた回折実験を通じて、（1）量子スピン液体の舞台が二次元三角格子ではなく短距離秩序を持つ蜂の巣状格子であること、（2）Cu2+の軌道自由度に由来した協力的Jahn-Teller転移が低温まで生じない初めての物質であること、を明らかにした。
京都大学大学院 工学研究科 Department of Energy and Hydrocarbon Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University
- Abstract
- 通常、酸化物中の水素はプロトン（H+）の状態を取っており、組成・構造上の制約が多いことから、ヒドリド（H-）を大量に含む材料は稀であった。これに対し、我々は、水素化物を使った還元法により、いくつかのATiO3型ペロブスカイトで、格子中の約20%の酸素がヒドリドに置き換わった酸水素化物を合成できることを放射光X線回折実験などから見出した。酸化物格子中のヒドリドは、400℃ほどで外界との水素ともよく交換し、高い拡散能が見いだされた。今後は、ヒドリドをもとにした酸化物ベースの様々な物質や応用が期待される。
[1]Sincrotrone Trieste、[2]京都大学 原子炉実験所 Kyoto University Research Reactor Institute、[3]日本原子力研究開発機構 量子ビーム応用研究部門 Quantum Beam Science Directorate, JAEA
- Abstract
- 核共鳴散乱X線を用いた時間領域干渉計法は、原子・分子サイズの空間相関における1 nsから10 μs程度の緩和を測定可能なユニークな準弾性散乱測定法である。この方法を用いて、層秩序構造を有するスメクティック相状態にある２種の液晶の運動性を調べた。その結果、典型的な液晶とフッ素鎖を導入した両親媒性液晶の分子間相関の緩和時間はその層内と層間でそれぞれほぼ同程度であることが分かり、それにより両親媒性液晶の微視的構造の知見を得ることが出来た。
[1]名古屋市立大学大学院 システム自然科学研究科 Department of Information and Biological Sciences, Nagoya City University、[2]名古屋大学大学院 工学研究科 Department of Applied Physics, Nagoya University、[3]名古屋大学大学院 理学研究科 Department of Chemistry, Nagoya University
- Abstract
- リチウムイオンを１個内包したフラーレンLi+@C60は、正電荷を持った球形の分子であるために、分子それ自体が陽イオンに似た性質を示す。対となる陰イオンにPF6−を用いた場合、Li+@C60とPF6−が交互に配列した岩塩型構造を持つ結晶が得られる。Li+@C60はその結晶中で、高温においてほぼ自由に回転運動している。370 K付近の相転移を境にC60は回転運動を停止し、それより低温で特定の分子配向を持つ。一方、内包されたリチウムイオンは、100 K付近でもC60内部をかなり自由に運動している。100 K以下でリチウムイオンは、C60外部のPF6−との間に働く静電的な引力により、特定の２つの位置に等確率に占有するように温度の低下に伴い徐々に局在していく。
[1]（独）国立病院機構西多賀病院 Research Center, NHO Nishitaga National Hospital、[2]東北大学大学院 医学系研究科 Graduate School of Medicine, Tohoku University
- Abstract
- 通常のX線CTやMRIでは脳内の神経細胞を見ることができない。しかし放射光を光源とする位相差撮像法は吸収CTの1000倍程度の測定感度をもち、脳微細構造の観察が可能である。我々は放射光位相差CTを用いて、脳を切らずに神経細胞を描出する方法を確立した。このことは脳卒中における血管構築と病巣範囲の相互関係、神経難病での病変分布を立体的・系統的に解析出来ることを意味する。本稿では、神経疾患や遺伝子改変動物の解析、再生医療用デバイス開発において放射光CTがいかに強力なツールであるかを紹介する。多くの形態学的情報が得られる放射光CTは、脳機能と脳疾患の研究において重要な位置を占めていくと考えられる。
[1]The Ritchie Centre, Monash Institute for Medical Research, [2]School of Physics, Monash University, [3]Division of Biological Engineering, Monash University, [4]Department of Radiography and Medical Imaging, Monash University, [5]Research & Utilization Division, JASRI
- Abstract
- Lung diseases have a major impact on human health at every stage of life. In newborn infants, respiratory failure is the greatest cause of death and disease, whereas in children, asthma and related airway diseases are a major cause of illness. Similarly, asthma, emphysema and pulmonary fibrosis are major causes of death in adults, but the diagnostic capabilities of current lung imaging modalities are limited by relatively poor spatial and temporal resolutions. Phase contrast (PC) X-ray imaging can image the lung with greatly increased temporal and spatial resolutions, compared with many other modalities. We have applied this technique to investigate factors that promote lung aeration following very premature birth and to measure alterations in lung motion caused by disease. We have demonstrated that lung aeration predominantly results from pressure gradients generated during inspiration, which has overturned almost 40 years of accepted wisdom. Because of this new understanding, we have developed new approaches for facilitating lung aeration in very premature newborns. Specifically we have shown that application of an end-expiratory pressure facilitates lung aeration by preventing liquid from re-entering the airways during expiration. We have also shown that a sustained inflation greatly promotes uniform lung aeration before tidal breathing begins and that expired CO2 levels accurately indicate the degree of lung aeration immediately after birth. By combining PC X-ray imaging with particle image velocimetry, we have also been able to identify how lung diseases affect the speed and direction of lung motion. This technique has the capability of measuring regional lung function with a spatial resolution that is unparalleled by any other current technology.
兵庫県立大学大学院 生命理学研究科 Graduate School of Life Science, University of Hyogo
- Abstract
- 酸素耐性をもつ膜結合型［NiFe］ヒドロゲナーゼのX線結晶構造解析に成功した。構造解析の結果、ヒドロゲナーゼが３個もつ鉄-硫黄クラスターのうち、Ni-Fe活性部位の一番近くに位置するクラスターが、従来までに知られていた［4Fe-4S］-4Cys型ではなく、新規の構造の［4Fe-3S］-6Cys型であることを見出した。これまでに研究されていた標準型［NiFe］ヒドロゲナーゼは酸素条件下では酸素が活性部位に結合し、その酵素活性が失われることが知られていた。本酸素耐性の膜結合型［NiFe］ヒドロゲナーゼは、酸素にさらされた時に［4Fe-3S］-6Cysクラスターが構造変化を起こし、さらにNi-Fe活性部位に電子を余分に与え、酸素を分解することによって不活性化を免れることを見出した。
[1]宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所 ISAS, JAXA、[2]東京大学 生産技術研究所 Institute of Industrial Science, The University of Tokyo、[3]東京大学大学院 新領域創成科学研究科 Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo
- Abstract
- 融液からのシリコン単結晶成長技術は、半導体シリコン産業の基盤を形成する重要な要素の一つである。溶融シリコンの流動状態や凝固過程を解明できれば、単結晶成長過程の制御性向上に新たな道が開かれ、単結晶シリコンの大口径化など、技術的に大きな波及効果が期待できる。そのためには、溶融シリコンの基本的な特性を正確に把握することが重要である。本研究では、SPring-8の放射光X線を用いたコンプトン散乱測定を行い、液体シリコン中の共有結合の存在を定量的に捉えることに成功した。
[1]奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス研究科 Graduate School of Biological Sciences, Nara Institute of Science and Technology、[2]大阪大学 蛋白質研究所 Institute for Protein Research, Osaka University
- Abstract
- 「フロリゲン」は花芽形成を誘導する植物ホルモンとして70年以上前に提唱されていたが、最近になってようやく、その分子実体が高等植物で広く保存されている遺伝子FLOWERING LOCUS T（FT）にコードされている蛋白質であることが明らかになった。本研究において我々は、SPring-8 BL41XUおよびBL44XUを用いた放射光実験により、FT相同蛋白質であるイネのフロリゲンHd3a、茎頂細胞の14-3-3蛋白質、転写因子の３者からなるフロリゲン活性化複合体の結晶構造を2.4 Å分解能で決定することに成功した。さらにイネ培養細胞および形質転換イネを用いた実験から、茎頂細胞の14-3-3蛋白質が細胞内でフロリゲン受容体として働くことや、フロリゲン活性化複合体がイネの花芽形成遺伝子の転写を活性化し、花成を誘導することを明らかにした［1］（図1）。
[1]九州大学 先導物質化学研究所 Institute for Materials Chemistry and Engineering, Kyushu University、[2]（株）デンソー 材料技術部 Materials Engineering R&D Division, DENSO Corp.、[3]（株）デンソー 半導体実装開発部 Semiconductor Packaging R&D Division, DENSO Corp.、[4]科学技術振興機構ERATO 高原ソフト界面プロジェクト ERATO Takahara Soft Interfaces Project, JST
- Abstract
- 環境に優しい接着技術に着目し、１）放射光微小角入射広角X線回折（GIWAXD）を利用したポリブチレンテレフタレートの表面脆弱相の存在の解明に基づく自動車の軽量化に貢献するエンジニアリングプラスチックスの接着技術、２）放射光小角X線散乱による高分子電解質の分子鎖形態の塩濃度依存性の解明に基づいた環境に優しい水を膨潤剤とする接着と塩水溶液による剥離が自在にできるポリマーブラシを用いた接着技術について解説する。
（独）理化学研究所 生命分子システム基盤研究領域 Systems and Structural Biology Center, RIKEN
- Abstract
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膜タンパク質の１つで、真核単細胞生物の光駆動型プロトンポンプであるロドプシン「ARII」は、海藻のカサノリ由来のタンパク質で、生きた細胞を用いる一般的な発現方法では大量合成が非常に難しい。我々は、無細胞タンパク質合成技術※1を用いることで、ARIIの機能を保持したまま大量合成することに初めて成功し、ARIIの機能を詳細に解析することができた。また、人工脂質二重膜中での膜タンパク質の結晶化が可能な脂質メソフェーズ法※2をARIIに適用し、結晶化に成功した。そして、SPring-8のBL41XUでX線回折実験を行い、3.2 Å分解能で立体構造を決定した。これは、真核単細胞生物由来のロドプシンとして初めての構造解析例となる。
今回用いた無細胞タンパク質合成技術による膜タンパク質の合成方法は、医薬品開発など産業上有用な膜タンパク質の機能や構造の解析などに幅広く適用されることが期待される。
※１無細胞タンパク質合成技術：生命体に依存しない人工的なシステムで、細胞からタンパク質合成に必要な成分一式を
抽出し、これに目的のタンパク質をコードする遺伝子を合成装置が読み取れる形にして添加して、タンパク質を合成
する技術。外部からさまざまな因子を加えることが容易であり、反応条件の変更や最適化も容易であるなど、多くの
優れた特徴を持つ。
※２脂質メソフェーズ法：人工脂質二重膜中で膜タンパク質の結晶化を行う新しい技術。生体外で不安定な膜タンパク質
の結晶化に適している。
[1]京都大学大学院 工学研究科 Graduate School of Engineering, Kyoto University、[2]京都大学大学院 物質－細胞統合システム拠点 Institute for Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University
- Abstract
- 金属イオンと有機架橋配位子から形成される多孔性金属錯体の特徴のひとつに、外部刺激による構造の柔軟な変化が挙げられる。このような柔軟性多孔性金属錯体に発光性分子を導入し、溶媒やガスの吸着によってホスト構造を変化させることができれば、そのホスト変化と同期してゲスト分子のコンフォメーションやパッキングが変化し、発光をコントロールできる。本研究では、発光性高分子であるPoly（p-phenylene vinylene）（PPV）のユニット構造であるdistyrylbenzene（DSB）を導入し、溶媒分子やガス分子の吸着や熱といった外部刺激を与えることで発光のスイッチングを行った。これにより、大気中ガスから二酸化炭素のみを選択的に蛍光検知することに成功し、エネルギー移動や化学的相互作用を必要としない先進的なガスセンサーとしての応用が見えてきた。
[1] Institut für Anorganische und Analytische Chemie, Johannes Gutenberg - Universität Mainz、 [2] Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe、 [3] Institut für Physik, Johannes Gutenberg - Universität Mainz、 [4] Research & Utilization Division, JASRI、 [5] Division of Electronics for Informatics, Hokkaido University、 [6] Magnetic Materials Center, NIMS、 [7] NIMS Beamline Station at SPring-8, NIMS、 [8] Hiroshima Synchrotron Radiation Center, Hiroshima University
- Abstract
- The spin-resolved electronic structure of buried magnetic layers is studied by hard X-ray photoelectron spectroscopy (HAXPES) using a spin polarimeter in combination with a high-energy hemispherical electron analyzer at the high-brilliance BL47XU beamline. Spin-resolved photoelectron spectra are analyzed in comparison with the results of magnetic linear and circular dichroism in photoelectron emission in the case of buried Co2FeAl0.5Si0.5 layers. The relatively large inelastic mean free path (up to 20 nm) of fast photoelectrons enables us to extend the HAXPES technique with electron-spin polarimetry and to develop spin analysis techniques for buried magnetic multilayers and interfaces.
2. SACLA通信／SACLA COMMUNICATIONS
（公財）高輝度光科学研究センター XFEL研究推進室 XFEL Division, JASRI
- Abstract
- 2012年３月より供用を開始したX線自由電子レーザー施設SACLAの実験ステーションの現状を報告する。SACLAの2012A期の運転では、コヒーレント回折イメージング（CDI）、時間分解X線散乱・回折計測、X線非線形光学、微結晶構造解析などの利用実験が硬X線ビームラインBL3において実施された。また、ビームライン光学系や共用実験装置のための調整実験も行われ、実験ステーションの高度化が進められている。本稿では特にBL3の５個の実験ステーションに注目し、実験ハッチ内の機器構成、ビーム特性、実験制御・データ取得（DAQ）システムなどを紹介する。
[1]京都大学 産官学連携本部 Office of Society-Academia Collaboration for Innovation, Kyoto University、[2]京都大学大学院 人間・環境学研究科 Graduate School of Human and Environmental Studies, Kyoto University、[3]京都大学大学院 工学研究科 Graduate School of Engineering, Kyoto University
- Abstract
- 革新型蓄電池先端科学基礎研究（RISING）ビームラインBL28XUは2011B期よりコミッショニングを開始し、2012A期より利用開始となった。BL28XUは新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が進める革新型蓄電池先端科学基礎研究事業（RISING事業）の一環として、中核研究機関である京都大学が高度解析技術の一つとして建設した。BL28XUは蓄電池反応のメカニズムをその場（in situ）で、高速時間分解および高空間分解能でX線回折（XRD）およびX線吸収分光法（XAFS）などにより明らかにすることを目的としている蓄電池専用ビームラインである。本稿ではそのBL28XUの概要について紹介する。
（財）高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 Research & Utilization Division, JASRI
- Abstract
- X線位相イメージングは、X線と試料間において吸収コントラストによるイメージングでは試料中の僅かな密度差を認識できないような場合において、非常に高い感度でそれらを可視化できる測定手法である。位相情報を用いたX線位相差CTは、試料中の僅かな密度差に由来する構造を三次元で測定することが可能であり、主に軽元素で構成された軟組織構造を非破壊かつ高いコントラストで測定できるなど、バイオ・メディカルイメージングへの応用が可能である。BL20B2では、タルボ干渉計を用いたX線位相差CTが可能な光学系の整備を行ってきており、ラット脳全体の高感度三次元イメージングなど、ユーザーの持ち込み試料に対して、測定が行える環境が整っている。
3. 研究会等報告／WORKSHOP AND COMMITTEE REPORT
[1]（公財）高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 Research & Utilization Division, JASRI、[2]（独）理化学研究所 播磨研究所 放射光科学総合研究センター XFEL研究開発部門 XFEL Research and Development Division, RIKEN SPring-8 Center、[3]（公財）高輝度光科学研究センター XFEL研究推進室 XFEL Division, JASRI、[4]（公財）高輝度光科学研究センター 光源・光学系部門 Light Source and Optics Division, JASRI、[5]（公財）高輝度光科学研究センター 加速器部門 Accelerator Division, JASRI、[6]（公財）高輝度光科学研究センター 制御・情報部門 Controls and Computing Division, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 光源・光学系部門 Light Source and Optics Division, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 Research & Utilization Division, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 制御・情報部門 Controls and Computing Division, JASRI
SPring-8夏の学校実行委員会 委員長 （公財）高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門 Research & Utilization Division, JASRI
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC） 行事幹事／大阪府立大学大学院 理学系研究科 Graduate School of Science, Osaka Prefecture University
（公財）高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 Industrial Application Division, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 産業利用推進室 Industrial Application Division, JASRI
（独）理化学研究所 放射光科学総合研究センター XFEL研究開発部門 ビームライン研究開発グループ XFEL Research and Development Division, RIKEN SPring-8 Center
（独）理化学研究所 播磨研究所 XFEL研究開発部門 XFEL Research and Development Division, RIKEN
4. SPring-8通信／SPring-8 COMMUNICATIONS
（公財）高輝度光科学研究センター 研究調整部 Research Coordination Division, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 光源・光学系部門 Light Source and Optics Division, JASRI
（財）高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門（SPring-8コンファレンス2011実行委員長） Research and Utilization Division, JASRI
（財）高輝度光科学研究センター 制御・情報部門 Control and Information Division, JASRI
5. 談話室・ユーザー便り／USER LOUNGE・LETTERS FROM SPring-8 USERS
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC） 広報幹事／大阪大学 大型教育研究プロジェクト支援室 Support Office for Large-Scale Education and Research Projects, Osaka University
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC） 会長／東京大学大学院 新領域創成科学研究科 Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo
6. 告知板／ANNOUNCEMENTS
SPring-8利用者懇談会 会長（東京大学大学院 新領域創成科学研究科） Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo
SPring-8利用者懇談会 会長（東京大学大学院 新領域創成科学研究科） Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo
