Volume 21（2016）
1. 最近の研究から／FROM LATEST RESEARCH
東京大学 分子細胞生物学研究所 Institute of Molecular and Cellular Biosciences, The University of Tokyo
- Abstract
- 細胞内外のイオン濃度勾配は、神経の電気信号や浸透圧調節、物質輸送のためのポテンシャルエネルギーに使われ、生命活動の基盤に必須のものである。ナトリウムポンプは、ATP1分子当たり3個のNa+を細胞内から細胞外へ、2個のK+を細胞外から細胞内へ能動輸送し、イオン濃度勾配を形成する膜蛋白質である。我々は、2009年にK+と結合した状態のナトリウムポンプの構造を決定したが、今回、Na+と結合した状態の構造を2.8 Å分解能で決定し、3個のNa+が結合した様子を詳細に明らかにすることに成功した。その結果、どのようにしてナトリウムポンプがNa+を選択的に輸送できるのか、その巧妙な仕組みを明らかにすることができた。
住友ゴム工業株式会社 研究開発本部 Research & Development HQ., Sumitomo Rubber Industries, Ltd.
- Abstract
- 地球環境への配慮から低燃費タイヤの開発が求められている。しかし、低燃費性能と安全に大きく関わるグリップ性能は相反関係にあり、これら性能を高次元で両立させる技術の開発は極めて難しい課題である。さらに、世界的な自動車需要の増加に伴い重要となるのがゴムの高強度化や耐摩耗性能向上などの省資源化の技術となる。これら性能は相反関係にあるが、自動車分野における持続可能な発展を支えるには全ての性能を同時に向上させた先進タイヤの開発が必要となる。その鍵となるのが、ゴム中に形成された時空間階層構造を統合的に理解し、コントロールすることである。我々は、量子ビームと計算機シミュレーションを連携活用し、低燃費性能とグリップ性能を維持しながら耐摩耗性を200％に向上させたタイヤの開発に成功した。
大阪大学大学院 理学研究科 Graduate School of Science, Osaka University
- Abstract
- アルミノ珪酸塩ゼオライトの一種であるソーダライト中に、1個の不対電子を持ったアルカリ金属クラスターを体心立方構造で配列させた系はモット絶縁体となり、反強磁性秩序が発現する。この系はいわゆる磁性元素を含んでおらず、アルカリ金属のs電子が磁気秩序を実現しているという新奇な磁性体である。このs電子磁性の起源を詳しく調べるべく、放射光メスバウアー分光、中性子回折、ミュオンスピン回転／緩和法を活用した研究例を紹介する。アルカリ金属種が重くなるほどナノクラスターのs電子波動関数が空間的に広がる様子がこれらの実験手法により直接的に見えてきた。これにより交換相互作用が増強されてネール温度が上昇する。極めてシンプルなモット・ハバード模型のモデル物質がs電子で実現されていると言える。
名古屋市立大学 大学院システム自然科学研究科 Graduate School of Natural Sciences, Nagoya City University
- Abstract
- 物質の機能発現機構をより詳しく理解するために、電場などの外場によって誘起される原子・分子のダイナミクスをリアルタイムに計測可能な時分割単結晶X線構造解析技術を確立すると共に、それを用いて実用的な誘電体材料の電場下原子・分子ダイナミクスの計測を行った。水晶のような圧電変形の小さい圧電体でも、共振効果を利用して変形を大きく増幅させることで圧電振動中の原子ダイナミクスを計測できる新しい実験手法を確立した。含鉛リラクサーのようなX線吸収効果の大きい強誘電体でも、微小な単結晶に電極を形成する技術を開発することで、交流電場下の分極反転に伴う構造ダイナミクスを追跡することに成功した。30 MHzの水晶振動子の圧電振動から3 kHzのリラクサー強誘電体の分極反転まで、様々な周波数（マルチモード）の電場下構造ダイナミクスの時分割計測を達成した。
[1]名古屋市立大学 大学院システム自然科学研究科 Graduate School of Natural Sciences, Nagoya City University、[2]（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、[3]広島大学 大学院理学研究科 Graduate School of Science, Hiroshima University
- Abstract
- 水晶は、時計をはじめとする多種多様な電子機器の基準信号を発振する振動子として広く利用されているが、その振動機構は長い間不明であった。SPring-8の短パルスX線を用いた交流電場下X線回折実験により、交流電場と共振している水晶振動子の高速かつ微小な原子の運動を追跡して観測することに成功した。直流電場に対する水晶の逆圧電効果による格子歪みは極めて小さいが、共振周波数の交流電場下では格子歪みが1万倍程度に増幅された。この大きな格子歪みに反して結晶構造を形成するSiO4四面体に変形は全く見られず、SiO4四面体をつなぐSi−O−Si結合角にのみ変形が見られた。水晶振動子の安定した圧電振動は、強固なSiO4四面体をつなぐSi−O−Si結合角の弾性的な変形と復元によって引き起こされることが分かった。
愛媛大学 地球深部ダイナミクス研究センター Geodynamics Research Center, Ehime University
[1]Department of Physics, University of Warwick, [2]School of Physics and Astronomy, Cardiff University, [3]H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, [4]DMSC - European Spallation Source, [5]Research & Utilization Division, JASRI
- Abstract
- The purpose of this long term project was to develop magnetic Compton scattering studies of magnetic systems and their interactions using a new sample environment. Previously, experiments on BL08W had been limited to a maximum field of 2.5 T and minimum temperature of ～6 K, and the new cyromagnet provides magnetic fields of up to 9 T and temperatures down to 1.5 K. We report on the implementation of the new sample environment and illustrate its use with some of our recent experimental results.
九州工業大学 大学院工学研究院基礎科学研究系 Department of Basic Sciences, Kyushu Institute of Technology
- Abstract
- 電子のスピンのゆらぎによって引き起こされる量子臨界現象の枠組みに従わない、新しいタイプの量子臨界現象が希土類化合物で複数観測され、大きな謎となっている。最近、希土類元素の4f電子とまわりの伝導電子の電荷移動の効果によって新しい量子臨界現象が引き起こされるという理論が提案された。本長期利用課題では、この希土類元素イオンの価数のゆらぎによる量子臨界現象をX線分光法を用いて実験的に検証し、非従来型の量子臨界現象の起源に迫ることを目指した。高圧・強磁場・低温の多重極限環境下での物質探索、および希土類元素イオンの価数の精密測定を行った結果、周期結晶および準周期結晶において価数に由来する興味深い現象を発見したので報告する。
[1]The Ritchie Centre, Hudson Institute of Medical Research, [2]School of Physics and Astronomy, Monash University, [3]Department of Pediatrics, Ludwig-Maximilians-University, [4]Obstetrics and Gynecology, Brugman University, [5]Department of Radiography and Medical Imaging, Monash University, [6]Protein Crystal Analysis Division, JASRI, [7]Research & Utilization Division, JASRI
- Abstract
- Lung disease affects many people at all stages of life and newborn infants are the most vulnerable age group. Current treatment for lung disease is limited by a lack of tools to accurately assess lung function in the newborn period, resulting in treatments relying on expert opinion, rather than experimental findings. For instance, congenital diaphragmatic hernia (CDH), which manifests before birth and results in underdeveloped and hypoplastic lungs, causes serious complications at birth. We developed a model of CDH in newborn rabbit kittens and utilised phase contrast X-ray imaging to visualize lung aeration in real-time. We measured lung function in terms of regional aeration and functional residual capacity (volume of air retained in lungs between breaths). Our results demonstrated that the diseased lung inflated more slowly and retained less air between breaths, compared to healthy lungs, thus mimicking CDH in infants. Using this model we can now assess treatment modalities to identify the optimal treatment strategy to improve outcomes for newborn infants with CDH.
分子科学研究所 協奏分子システム研究センター Research Center of Integrative Molecular Systems, Institute for Molecular Science
- Abstract
- シアノバクテリアの生物時計はKaiA、KaiB、KaiCの3種類のタンパク質から構成され、これらのタンパク質とATPを混ぜることで試験管内に約24時間周期の反応を再現することができる。近年、KaiCのATP加水分解活性が生物時計の周期決定に深く関与していることが指摘された。しかしながら、一般に加水分解を引き起こすタンパク質の運動はピコ秒～秒の時間域で起こり、KaiCがどのように約24時間周期の遅い反応を作り出しているのか現在まで解明されていなかった。我々は構造生物学、生化学、計算科学を駆使することで24時間の遅さと周期性がKaiCに実装されていることを原子レベルで解明した。
[1]Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe, [2]Research & Utilization Division, JASRI
- Abstract
- We report on the first prototype of the spin-resolved hard x-ray photoelectron spectroscopy detector. The detector is based on Spin-Polarized Low-Energy Electron Diffraction (SPLEED) using a W(100) single-crystal. The detector is connected to a large hemispherical electron spectrometer (VG Scienta R-4000). Photoelectrons with selected kinetic energy are collected by the electron spectrometer and deflected to the spin detector. Using a photon energy of 5.95 keV, the spin resolved valence band of buried Co2Mn1.24Fe0.16Si0.84 films was measured.
2. 研究会等報告／WORKSHOP AND COMMITTEE REPORT
（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 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 タンパク質結晶解析推進室 Protein Crystal Analysis Division, JASRI
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）行事幹事／[1]広島大学大学院 理学研究科 Graduate School of Sciences, Hiroshima University、[2]九州大学大学院 総合理工学研究院 Faculty of Engineering Sciences, Kyusyu University
（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 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 タンパク質結晶解析推進室 Protein Crystal Analysis 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
[1]（公財）高輝度光科学研究センター 利用推進部 User Administration Division, JASRI、[2]（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、[3]（公財）高輝度光科学研究センター 加速器部門 Accelerator 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
SPring-8夏の学校実行委員会 委員長 SPring-8 Summer School Executive Committee, Chair
東京大学 物性研究所／東京大学 放射光連携研究機構 The Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo
- Abstract
- SPring-8 BL07LSUは高輝度軟X線ビームラインとして（1）光エネルギー250−2,000 eV、（2）分解能10,000以上、（3）スポットサイズ10 µm以下（ゾーンプレートで70 nm、ミラー集光で1 µm）、（4）強度～1012 photons/秒、（5）偏光の切換、といった光学性能を有し、先端的な軟X線実験装置の開発及び利用実験が実施されています。光源加速器は世界唯一の分割型クロス・アンジュレータであり、偏光を自由に変えられるだけでなく、その切換も高速にできる特徴があります。本稿では、この偏光特性を中心にビームラインの現状を紹介します。
（公財）高輝度光科学研究センター タンパク質結晶解析推進室 Protein Crystal Analysis Division, JASRI
- Abstract
- JASRIタンパク質結晶解析推進室では共用タンパク質結晶解析ビームラインBL38B1・BL41XUの高度化・維持管理・ユーザー支援に加えて理研ビームラインBL26B1の共用枠の利用支援を行っている。近年、構造生命科学分野では、解析対象となる試料の高難度化が進む一方で、構造決定の迅速化も求められている。そこで、我々は、2013年から2015年にかけてBL38B1・BL41XUの高度化を進めてきた。BL38B1ではミニビームシステムの導入・回折計の改造による性能アップを図る一方で、独自開発した湿度調整と水溶性ポリマーを使用した結晶マウント法（HAG法）の利用促進を図るための高度化を進めた。BL41XUでは、6.5～17.7 keVのX線を用いる通常モードの集光光学系・回折計・検出器を入れ替える抜本的な改造を行うとともに、20～35 keVのX線を使用する高エネルギーモードについてもその環境整備を進めた。
3. SPring-8/SACLA通信／SPring-8/SACLA COMMUNICATIONS
（公財）高輝度光科学研究センター XFEL利用研究推進室 XFEL Utilization 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
国立研究開発法人理化学研究所 放射光科学総合研究センター XFEL研究開発部門 XFEL Research and Development Division, RIKEN SPring-8 Center
4. 談話室・ユーザー便り／USER LOUNGE・LETTERS FROM USERS
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構（KEK） 物質構造科学研究所 J-PARC 物質・生命科学実験施設（MLF） J-PARC, Material and Life Science Division (MLF), Institute of Material Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
国立研究開発法人理化学研究所 放射光科学総合研究センター XFEL研究開発部門 XFEL Research and Development Division, RIKEN
5. 告知板／ANNOUNCEMENTS
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC） 会長／大阪大学 蛋白質研究所 Institute for Protein Research, Osaka University
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）庶務幹事／東京大学 物性研究所 The Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo
