量子技術「室温超偏極」で創薬へ大きく前進

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2023-07-04

engineering

{'items': [{'key': 'b6r5f', 'term': 'NMR（核磁気共鳴）', 'description': {'blocks': [{'key': '5qbcv', 'text': '核スピンに静磁場をかけると、その磁場のまわりをコマのように歳差運動（首ふり運動）を行います。その歳差運動の周波数の電磁波（例えば、0.4テスラの磁場中の水素核スピンなら17 MHzの電磁波）を与えると、それに共鳴して首ふり運動の角度が変化し、放出された電磁波からその様子を観察できます。このような現象を核磁気共鳴（NMR）現象と呼びます。原子核の種類や分子構造の違いによって周波数が異なるので、この電磁波を解析することによって分子構造情報を調べることができます。これはNMR分光法と呼ばれ、化学分析に必要不可欠な方法となっています。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'fitrh', 'term': '動的核偏極（DNP）', 'description': {'blocks': [{'key': 'bvukp', 'text': 'Dynamic Nuclear Polarization、動的核偏極：通常の分子中では、スピンの向きが反対の二つの電子が対になり、電子スピンによる電磁波の吸収、放出は打ち消されます。しかし、ラジカルと呼ばれる分子では不対電子が安定して存在しています。このようなラジカルを少量添加した試料に電子スピンが共鳴するマイクロ波を照射すると、電子スピンの首ふり運動の角度が変化します。この角度の変化する速度に、核スピンが共鳴する周波数が含まれるとき、電子スピンと核スピンの偏極率が交換されます。これによって核スピンの向きを揃えることを動的核偏極と呼びます。熱平衡状態の電子スピンを使ったDNPでは原理的には最大660倍の信号強度増大が可能となります。温度が低いほど熱平衡状態の電子スピンの偏極率は大きくなるので、従来のDNPではより高感度化を求めて極低温下で行われています。なお、Ovehauserの理論的発見やSlichterによる実験的実証がなされたのは1953年であり、今年は70周年にあたります。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'c1m1i', 'term': '偏極率', 'description': {'blocks': [{'key': 'ehsuc', 'text': '静磁場中の水素核スピンや電子スピンのエネルギー準位は、スピンが磁場に対して平行な状態のエネルギーと反平行な状態のエネルギーに分裂します。それぞれのエネルギーを持つスピンの占有数の差を総スピン数で割ったものが偏極率と定義されています。一般的な環境下での熱平衡状態では、偏極率はスピンの磁気回転比と静磁場強度に比例し、温度に反比例します。電子スピンの磁気回転比は水素核スピンに比べ660倍大きいので、同環境下では電子スピンの方が偏極率は660倍大きくなります。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'eeir1', 'term': '創薬NMR', 'description': {'blocks': [{'key': 'abfrp', 'text': 'NMR分光や材料探索や物理学、生化学の研究などにも使われているが、創薬への応用が盛んにおこなわれている。本成果論文の著者である杉木博士によるレビュー論文にまとめられている。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}, {'key': '74hpp', 'text': '“Current NMR Techniques for Structure-Based Drug Discovery” T. Sugiki, et al., Molecules 2018, 23(1), 148; https://doi.org/10.3390/molecules23010148', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '42225', 'term': 'MRI（核磁気共鳴画像）', 'description': {'blocks': [{'key': '4he9k', 'text': 'スピンの歳差運動の周波数、共鳴する電磁波の周波数は静磁場の強さに比例します。そのため、試料に勾配のある磁場を与えておくと、同じ分子でも場所によって共鳴する電磁波の周波数が変わることになります。MRIは、勾配磁場を用いて人体内部に含まれる水分子などの量の分布を、共鳴する電磁波を解析することで画像化する方法で、けがや病気の診断や脳機能の研究などに欠かせない分析法となっています。なお、本年はLauterberの発表から50周年にあたります。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '3q2rs', 'term': '共晶', 'description': {'blocks': [{'key': '6t3rq', 'text': '通常の結晶状態とは異なり、複数種の分子がミクロなドメインサイズで無秩序に散らばったまま固体化された物質です。本成果はサリチル酸のドメインと、安息香酸にペンタセンがドープされたドメインに分かれた共晶で行われました。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '7i12f', 'term': 'スピン緩和', 'description': {'blocks': [{'key': 'doucm', 'text': '核スピンが集団で首ふり運動をしている時にその運動が揃っている状態からバラバラな状態へと引き戻そうとする緩和現象のことです。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '4qde7', 'term': '化学シフト', 'description': {'blocks': [{'key': '9jn1t', 'text': 'スピンの歳差運動の速さはスピンにかかっている磁場の強さに比例します。外部から分子に磁場を印加すると分子中の電子状態がわずかに変化し、それが磁場を誘起します。これにより外部から印加した磁場分よりもわずかに歳差運動の速さがシフトしますが、この値を化学シフトと呼びます。この誘起磁場は原子の取り巻く化学的な環境によって異なり、メチル基の水素核、ベンゼン環の水素核などとの間でこの化学シフトの値が異なります。NMR分光は化学シフトのおかげで、共鳴する電磁波の周波数を解析してどのような化学的な環境からの信号かを調べることができるのです。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}]}

['qiqb']

['根来 誠']

根来 誠

准教授

量子情報・量子生命研究センター

https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/6948d7e32bb00238.html?k=%E6%A0%B9%E6%9D%A5%20%E8%AA%A0