新学術領域研究「柔らかな分子系」ニュースレター

No. 34

平成 28 年 6 月

第５回全体合宿会議 開催報告藤井 正明

（東工大資源研・総括班、事務局）

本新学術領域研究の第５回全体合宿会議が、平成 28
年 5 月 30 日（月）から 6 月 1 日（水）の日程で、あてま高原リゾート

ホテルベルナティオ（新潟県十日町市）で開催された。全体合宿会議は公開シンポジウ
ムと並び本新学術領域が毎年開催する重要行事である。
その狙いはは全メンバーに徹底的に討論する場を提供
し、柔らかな分子系に関する共同研究を促進することである。特に本領域は理論、計測、生化学、合成化学など普段まったく異なる学会に出席しているメンバーが集まっており、お互いの話す内容を十分理解するた
めには雑用から隔絶され、リラックスした雰囲気で本音を話せる環境が必須である。会場のホテルベルナテ

いては神取 A03 班長が「５年後にこれまでの延長線の

ィオは新幹線の最寄り駅・越後湯沢から１時間弱バス

研究成果であれば、それは認めんぞ！」という評価委

で移動を要する隔絶された場所であり、しかもホテル員・渡辺芳人先生のお言葉を引用し、基盤研究的（＝の敷地が東京ドーム１０９個分と広大で日本離れした個人研究）ではなく、領域研究的（＝共同研究）な素環境とあって合宿には最適の場所であった。今回は中晴らしい成果を出して、渡辺芳人先生を驚かせよう、

間評価終了後、新たな公募班メンバーも加わって行うと檄を飛ばした。また、これに引き続き A01 から A03

最初の会議であり、分担者や大学院生などにも参加を

班の研究の狙い、現状と展望が紹介されたが、これら呼びかけたところ、なんと１１６名もの方が参加し、も田原代表の「柔らかな分子系」のコンセプトに沿っ大変賑やかな合宿となった。
最初に、田原太平領域代表から、新学術領域研究のたもので、A01 解析班は多極小ポテンシャルを渡り歩
いて機能を発揮する柔らかな分子に対し、理論計算は

狙いと、領域全体としてどのような研究を目指すのか

この柔らかさを制御する因子、すなわち機能原理を解が説明された。特に分子の柔らかさと機能の関係につ明するという役割が述べられた。また、A02 計測班はいて、大きな自由度を有する分子系が多極小ポテンシ

柔らかな分子系の機能解明に対し、計測が狙う方向性

ャル面で状況に応じて最適な構造に変わり機能を発揮

を１）複数の準安定状態の計測、２）外部摂動に対すする、という本領域が現在までの研究で到達した「柔る応答の計測、３）複数の部位間の連動性の計測、４）

らかな分子」に対する統一的な理解が示された点で印構造変化⇔機能活性 相関の計測と整理し、状況に応じ象的であり、新たに加わった公募班メンバーにもこのて形を変えて機能を発揮する柔らかな分子系に特有のコンセプトがよく浸透したのではないかと思われる。

計測が示された。A03 創成班は複雑分子系の柔らかさ、

このコンセプトに引き続き、従来の研究分野を超えた
共同研究の例や、ダイナミックな包摂といった新たな現象が紹介された。また、中間評価で評価Ａを獲得したことが報告されたが、「柔らかな分子系」という学理を確立して終了評価ではさらに上を目指そうという勢いで会場が大いに盛り上がった。田原代表の領域概要の紹介を受け、領域全体にかかわる内容のうち、アウトリーチは北尾 A01 班長、ニュースレターは水谷 A02
班長、そして昨年度から開始した国際活動支援班と共
同研究は神取 A03 班長が紹介した。特に共同研究につ247

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No. 34

平成 28 年 6 月

すなわち構造変化のダイナミクスを A01 解析班、A02
計測班と連携して理解することにより、従来セレンディピディで探索されてきた複雑分子系を用いて戦略的に機能を創成することが可能であり、A03 創成班が共同研究の核になることを成果とともに紹介された。
領域全体、各班の紹介に引き続き、A01 班の新公募
班メンバーより研究構想が紹介され、活発な討論が続いた。初日はこの後にポスター発表のショートプレゼ
ンテーションを行い、夕食と若干の休憩後、本領域の名物になりつつあるポスターセッションが行われた。
プログラム上、ポスターセッションは２０時半から２３時となっているが、議論が白熱して日をまたぐこと

２日目の午後は自由討論時間となったが、広大なホテも珍しく無い。今回は同じ会場に全てのポスターを設

ルの中でそれぞれ想い想いの場所で集い、リラックス置できたので議論も行いやすく、初日から大変な盛りした雰囲気の中で討論に花が咲いていた。これを受け上がりであった。

てのポスターセッションが初日以上に盛り上がったの２日目は A02 班の新公募班メンバー、３日目は A02

は言うまでも無い。３日目の最後に全体会議でまとめ班の新公募班メンバーより研究構想が講演され、大いを行い、次の全体行事である公開シンポジウムでの再に議論を呼んだ。特に、柔らかさの重要性に関する議会とさらなる発展を期して全員バスに乗り込んだ。

論が全体を通じて何度も議論になり、領域構想が新メ

本シンポジウムの開催にあたっては新潟県よりコンンバー含めて浸透していることが実感された。また、

ベンション開催費補助金を頂戴し、学生諸君への旅費

２日目には領域内共同研究の中でも特筆する成果を上補助の一部として活用させていただいた。ここに深くげた研究が３件発表されたが、神取班長の発案で共同感謝申し上げる。また、本会議開催に多大なご配慮い研究に関係したメンバー全員を登壇させてそれぞれのただいたボテルベルナティオの皆さん、シンポジウム

役割、成果を有機的に結びつけて発表された。いずれの準備運営に尽力していただいた事務局員・河内美代の内容も素晴らしいもので、従来に無い組み合わせの子さん、松岡園美さん、ならびに運営、進行を円滑に共同研究を本領域が結びつけていくことの重要性とそ進めてくれた東工大藤井研究室のスタッフ、大学院生の強力さを実感させられた。共同研究発表を討論したの諸君に深く感謝申し上げる。

248

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No. 34

平成 28 年 6 月

業績紹介： ゆらぎの enhancement を利用したエネルギー測定

林

久美子

角田

聡

（東北大・A01 公募研究代表者）

常イオン流を計算した（下図）。パワースペクトルの高（名工大・A03 連携研究者）

周波成分について、電圧依存性を計算すると、ゆらぎの Giant Enhancement が観察できる。このシミュレーシ

論文題目："Giant enhancement of fluctuation in smallョン結果より、ゆらぎの Giant Enhancement はイオンがbiological systems under external fields"

チャネルを通過する際のエネルギーバリアに相当する

著者：Kumiko Hayashi, Shin Hasegawa and Satoshi P.

ことが予想される。

Tsunoda

引用文献

雑誌巻号：J. Stat. Mech., 054028 (2016).

[1]P. Reimann et al., Phys. Rev. Lett. 87 010602 (2002).
[2]R. Hayashi, K. Sasaki et al., K. Hayashi*, Phys. Rev.
Lett. 114 248101 (2015).

昨 年 度 、 UPON (Unsolved Problem on Noise andFluctuation)に関する第７回国際シンポジウムがスペイ[3]R. Shinagawa and K. Sasaki, J. Phys. Soc. Jpn. 85

ン・バルセロナ開催された。新領域の若手海外派遣制

064004 (2016).

度で渡欧し、口頭発表を行なった。その会議の特集号
を Jounal of Statistical Mechanics:Theory and Experiment
で出すにあたり、私たちも上記の論文を寄稿した。
2015 年のニュースレターでも報告したが、拡散のGiant Enhancement という非平衡現象（文献１）を回転タンパク質モーターF1-ATPase の１分子実験で初観測
し、私たちの研究結果が Phys Rev Lett に掲載された(文献２).回転電場系を利用して、F1 に外部トルクを印加し、F1 の回転拡散係数を測定した。回転拡散係数は、
外部トルクが回転ポテンシャルの深さと拮抗する際にゆらぎが最も増幅され、最大値を取る。この共鳴現象を利用し、回転ポテンシャルの深さが測定できる。
（最近、品川-佐々木ら（東北大）が理論計算によってこの測定法の拡張を行った（文献３）。J Phys Soc Jpn (2016)
Editor's Choise に選出。）１分子実験のあたらしいエネ
ルギー測定法として注目されている。
次に、ゆらぎは様々な生体分子の系で観察される普遍的な現象なので、F1-ATPase 以外にも拡散の Giant
Enhancement の応用先があるのではないかと考えた。
F1 と異なる生体分子として、イオンチャネルを考えた。
F1 の回転運動のゆらぎに対して、イオンチャネルの場
合、チャネルを通過するイオン流ゆらぎに注目した。
連携研究者の角田先生との議論で、チャネルロドプ
シン２をモデルにし、ゆらぎの Giant Enhancement のシ
ミュレーションを行なった。光励起された条件下で定249

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平成 28 年 6 月

業績紹介：サーモフィリックロドプシン（TR）の X 線結晶構造	
 —高安定性と光遺伝学的機能の考察林 重彦（京都大・A01 計画研究代表者）
須藤 雄気（岡山大・A02 計画研究分担者）	
 討を数多く行うことで、立体構造決定を達成した。
これまでの光遺伝学におけるロドプシンの利用では、様々なロドプシンを網羅的に調べ、利用可能かど

論 文 題 目 ： "X-ray Crystallographic Structure of

うかを判定するトップダウン型研究が主であった。本

Thermophilic Rhodopsin: Implications for High Thermal

研究は、安定なロドプシンの探索と発見を基盤に、光Stability and Optogenetic Function"

遺伝学への適用を行う「ボトムアップ型の研究」とい著 者 ： Takashi Tsukamoto, Kenji Mizutani, Taisuke

う点で独創的であると自負している。このような研究

Hasegawa, Megumi Takahashi, Naoya Honda, Naoki

は、時間がかかる反面、一旦基礎が築ければ、その後

Hashimoto, Kazumi Shimono, Keitaro Yamashita, Masaki

は、分子を合理的かつ自在に改変することができる。

Yamamoto, Seiji Miyauchi, Shin Takagi, Shigehiko

今後は、分子特性の解析を、本新学術領域の A02 計測

Hayashi, *Takeshi Murata and *Yuki Sudo

班との共同研究で進めるとともに、TR を鋳型に、不雑誌巻号：J. Biol. Chem. 291, 12223-12232 (2016).

安定で研究の難しい膜タンパク質を安定化する技術の開発を A01 解析班と共同で行う。また、TR の改変体

「ロドプシン」は、情報変換やエネルギー産生を司を用いた脳神経回路解析への利用を A03 創成班と共同

る光受容タンパク質である。広範な生物が持つものの、で行いたい。
【*本成果は、2016 年 6 月 3 日号の科学新高温環境にすむ生物には存在しないと考えられてき聞に取り上げられました】

た。その理由は発色団レチナールが高温で分解してしまうためである。近年、ロドプシンは生物学的な興味に加えて、光で生命現象を操作する技術である光遺伝学（オプトジェネティクス）のツールとしても注目されている。須藤は、ロドプシンの生物学的機能の解明
や光遺伝学への応用を見据え、好熱性生物由来のロド
プシンを長年探し求めてきた。それは、好熱性生物のタンパク質は一般に安定であるためである。研究では、「無い」ことを証明することはほとんど不可能である
ものの、「有る」ことの証明はたやすい。その観点から、2013 年に米国の国立公園内の温泉にすむ好熱菌からロドプシンを発見し、サーモフィリックロドプシン（TR）と名付けた [1]。また、生化学的手法を用いて、温度依存的な構造変化を明らかにした [2]。
本研究では、TR の三次元構造を 2.8Å 分解能で明らかにし、変異体実験、分子動力学計算、光神経抑制解析など、様々な観点から TR の性質を検討した。その結果、TR が他のロドプシンより遙かに熱に対して安図	
  本研究の成果（上段：高い熱安定性、中段：高い光

定であること（図上段）、光遺伝学において最も神経抑神経抑制活性、下段：構造決定と分子動力学計算）

制活性が高いとされる AR3 に匹敵する活性を示すこと（図中段）、実験結果と理論的考察を融合し、高い安

引用文献

定性の原因を原子レベルで明らかにすること（図下[1] T. Tsukamoto, et al., J. Biol. Chem. 288, 21581 (2013).

段）、などに成功した。構造解析には、大量かつ高純度[2] T. Tsukamoto, et al., J. Phys. Chem. B 188, 12383の試料と、均質な結晶が必要である。本研究では、試(2014).

料調製法を再検討し、良質な結晶を得るための条件検250

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平成 28 年 6 月

業績紹介：２本足のタンパク質分子モーターキネシンが歩く様子を精細に可視化
飯野 亮太（岡崎統合バイオ・分子研・A02 公募研究代表者）

いた足の動きは微小管に結合した足の構造を反映していることが明らかとなった。浮いた状態が持続する時
間の ATP 濃度依存性から、片足が浮いた状態で起こる

論文題目："Direct observation of intermediate states during

化学反応素過程（微小管に結合した足への ATP の結合、

the stepping motion of kinesin-1"

浮いた足からの反応生成物 ADP の解離等）の速度定数

著 者 ： Hiroshi Isojima, Ryota Iino, Yamato Niitani,を定量的に求めることができた。また、両足を繋ぐ脚

Hiroyuki Noji, Michio Tomishige

を 1.5 倍（アミノ酸残基 7 個分）長くするとまっすぐ

雑誌巻号：Nature Chemical Biology 12, 290-297 (2016)

歩けずに、後ずさりや左右にふらふらする酔っ払いの

DOI: 10.1038/nchembio.2028

ような千鳥足になった（図３）。さらに脚をアミノ酸残基１個分だけ短くすると、足が前になかなか着地できキネシンは２本足のタンパク質分子モーターで、細なくなって浮いた時間が長くなり鈍足になることが明胞骨格である微小管に沿って歩き物質を運ぶ（専門的らかとなった。これらの結果は、一方向に速く歩くにには足でなく「頭」が正しいのだが説明の便宜上、足は脚の長さが重要であることを示しており、脚の長さと呼ぶ）。２本足のキネシンは人間のように歩くのか？

は進化の過程で最適化されていることが示唆された。

キネシンの大きさはナノサイズでメートルサイズの人間の１億分の１程度しかない。キネシンの質量はとても小さく慣性は働かないので、浮かせた足を勢いに任せて前に着地させることはできない。さらにキネシン
は水中で歩くので、熱運動する周囲の水分子がものす
ごいスピードであちこちからぶつかってくる。この水の衝突で浮いた足はブラブラとブラウン運動すると考えられ、キネシンが歩く仕組みは人間が歩く仕組みとは大きく異なると予想される。しかしながら従来の１分子計測は、時間分解能がミリ秒の蛍光計測であるか、

図１．（左）実験の模式図．（右）キネシンの構造．

時間分解能がマイクロ秒でも光ピンセットを使って自由な動きを制限した計測であり、キネシンがどのように歩くのかは明らかでなかった。
我々は直径 40 nm の金ナノ粒子をプローブとしてキ
ネシンの片足に結合させ、その動きを可視化することに成功した（図１左）。40 nm 位の大きさであれば、つける場所をきちんと選べばキネシンの本来の動きを邪魔しない点が重要なポイントである。金ナノ粒子は高
図２．時間分解能 55 μs でみたキネシンの足の動き．

いシグナル／ノイズ比の散乱像が得られ、時間分解能
55 μs、位置決定精度 1 nm での１分子計測が達成された。計測の結果、微小管に結合した状態と浮いた状態の足を明確に識別できた。予想通り、浮いた足はブラウン運動でブラブラと揺らいでいた（図２）。他方、予想外なことに、揺らぎは前後左右に等方的ではなく進
行方向に対し右側に偏っていた。これは我々の高時空間分解能計測で初めてみえた新しい発見である。この右側への偏りは、キネシンの両足を繋ぐ「脚」（ネック

図３．両足をつなぐリンカーを人工的に伸ばしたキネ

リンカー）の位置を考えると説明ができ（図１右）、浮シンの足の動き251

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平成 28 年 6 月

業績紹介：有限π-スタッキングによる高蛍光性固体の作製
関口 翔也（東工大化生研・大学院生）
吉沢 道人（東工大化生研・A03 計画研究 分担者）

また、固体 ortho-1 は加熱（110	 ℃）により mono-1 に相転移した。さらに加熱（140	
 ℃）することで、アモルファス状態に変化した。すなわち、1 は外部刺激に

論文題目："Engineering Stacks of V-Shaped Polyaromatic
Compounds with Alkyl Chains for Enhanced Emissions in
the Solid State"
著 者 ： Shoya Sekiguchi, Kei Kondo, Yoshihisa Sei,

より 3 つの異なる固体状態を示した。	
 normalized abs.

Munetaka Akita, and Michito Yoshizawa*
雑誌巻号：Angew. Chem. Int. Ed., 55, 6906–6910 (2016).

mono-1 (pale yellow)

ortho-1 (colorless)0.5	  アントラセンなどの多環芳香族分子は、高い蛍光性

1 (in CH2Cl2)

1.0

mono-10.5

ortho-100300を有することから、様々な構造体のビルディングブロ
ックに利用されている。しかしながら、固体状態ではb)

1 (in CH2Cl2)
1.0

normalized int.

a)

400

500

400

nm

c)

600 nm500

d)

π-スタッキングにより無限に積層するため、その蛍光性能は顕著に低下する。そこで我々は、高い固体蛍光を示す多環芳香族分子の開発を目指して、アントラセ
ン 2 量体[1,2]とアルキル基を組み合わせたＶ型分子 1を新規に設計した（図 1）。今回、この分子が固体状態
で有限π-スタッキングによる強蛍光および色素分子の添加による多色蛍光を示したので報告する。	
 

O
O

O

	
 
1

図 2．固体 mono-1 および ortho-1 の a)吸収および b)蛍光スペ
クトル(λex	
 =	
 368	
 nm,室温)．c)mono-1 および d)ortho-1 の結晶構造およびその模式図.	
 	
 図１．側面にアルキル基を有するＶ型アントラセン 2 量体 1およびその最適化構造.

	  さらに、固体 1 に少量の蛍光性色素分子（1-2	
 mol%：
図 3a）を添加することで、励起波長を変えることなく、

	  アントラセン環を含むＶ型分子 1 は、用いる溶媒に

固体蛍光色を大きく変化させることに成功した（ΦF	 =	
 より 2 種類の蛍光性固体を与えた。CH2Cl2 溶液から得35-74%：図 3b）。この蛍光挙動は、アントラセン環かられた淡黄色の固体 mono-1 は、481	
 nm に極大値を持つ

ら色素分子への効率的なエネルギー移動に由来する。

強い蛍光を示した（蛍光量子収率ΦF	 =	
 72%:	
 図 1a,b）。

a)

一方、CH3OH 溶液からは無色の固体 ortho-1 が得られ、
425	
 nm に極大値を持つ中程度の蛍光を示した（ΦF	
 =	
 

N

DCM
NC

32%）。単結晶および粉末Ｘ線解析から、固体 mono-1 でO

は 2 分子の 1 が head-to-head 型に配列したパッキング

b) y

O

O

CN

0.6

1•(Tet)0.01

N1•(DCM)0.01

0.4

N

NR
Rub

ングしていることが明らかになった。この有限にπTetmono-1

1•(NR)0.010.2

構造をとり、アントラセン環同士が部分的にスタッキ
スタックしたアントラセン環に起因して、長波長シフ

1•(Rub)0.02

0.8

0.0
0.0

0.2

0.4

0.6 x

	
 

図 3．a)蛍光性色素分子および b)それらと 1 の混合固体の蛍
光性能(λex	
 =	
 368	
 nm,室温).

トした強い蛍光が観測された。これに対して、固体	 ortho-1 では 1 が head-to-tail 型に配列し、アントラ

参考文献：[1] K. Kondo, M. Yoshizawa et al., Angew.
Chem. Int. Ed., 52, 2308–2312 (2013)；[2] K. Kondo, M.
Yoshizawa et al., Chem. Eur. J., 22, 1937–1940 (2016).

セン環同士のスタッキングは見られなかった。これにより、固体状態でもモノマー似の蛍光が観測された。

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平成 28 年 6 月

業績紹介：アミド窒素原子のピラミッド化の方向は水素結合によって決まる
尾谷 優子	
  （東大院薬・A03 公募研究代表者）

ルと同じ側に傾いた構造を取っていた。また後者では分子内水素結合が見られた（図 b, c）。

論文題目："Hydrogen Bonding to Carbonyl Oxygen of	  核磁気共鳴分光法（NMR）および赤外円二色性分光

Nitrogen-Pyramidalizedof

法（VCD、北海道大学の門出教授、谷口助教との共同

Pyramidalization Direction Preference by Vibrational

研究）により溶液構造を調査したところ、有機溶媒中

Circular Dichroism Spectroscopy."

で分子内水素結合が確かめられた。さらに VCD によ

Amide

-

Detection

著 者 ： Siyuan Wang, Tohru Taniguchi, Kenji Monde,

り、非水素結合性オリゴマーでは anti 窒素ピラミッド*

Masatoshi Kawahata, Kentaro Yamaguchi, Yuko Otani化構造が優勢であり、水素結合性側鎖を持つオリゴマ

and Tomohiko Ohwada*

ーの場合は syn 窒素ピラミッド化構造が優勢であると

雑誌巻号：Chem. Commun. 52, 4018-4021 (2016).

いう結晶と同様の傾向を示し、アミド基と側鎖の水素結合が窒素ピラミッド化の方向を制御することを初め	  タンパク質やペプチドを形作る重要な結合であるアて明らかにした。

ミド結合の非平面化、すなわち窒素原子のピラミッド	
  アミド窒素のピラミッド化という分子の「柔らかさ」

化が、タンパク質の構造化に寄与している可能性が古は、たった１つの水素結合で剛直性を帯びることを本くから現在まで議論されている[1]。タンパク質やペプ研究は示唆しており、タンパク質の構造変化や構造構

チドのアミド結合は平面構造が優勢であり窒素原子は築における分子構造の「柔らかさ」が、規則性や剛直

2

sp 性を帯びているため、通常ピラミッド化の度合いは性を作り出す際、協同的に働く可能性を示唆している

非常に小さい。しかし、非平面化したアミドが構造変点で重要な知見であると考えられる。

化の過程に寄与する可能性は十分にあり得る。

	  様々な角度から議論をして下さった班員の皆様に感	  大きく非平面化したアミド構造を持つ合成化合物が謝いたします。

報告されているが、アミド結合が加水分解されやすい(a)

など化学的に不安定なものが多い。以前われわれは、基底状態で顕著に窒素ピラミッド化した構造を誘起す
る安定な骨格として、二環性の７−アザビシクロ［2．
2．1］ヘプタンアミドの構造特性を報告した。さらに、本骨格をもつプロリン型の β–アミノ酸を合成し、これ(b)

を連結させたオリゴマーが天然にないヘリックス構造

(c)
R
N

を取ることを示した [2]。今回私達は、このアミノ酸N

オリゴマーを窒素原子が明確にピラミッド化したペプ

O

チドのモデルとして捉え、そのピラミッド化の方向が、N

鎖内の水素結合で反転することを明らかにした。

anti	  溶液中で非平面アミドは窒素の反転により構造の速の側鎖にメトキシメチル基（-CH2OMe）、または水素RN

1.897Å

OMe

N

OH
O

1.788ÅN

O

い変換が起こり、２つの構造は平衡状態にある（図 a）。
プロリン型β—アミノ酸の２つの環の連結部分（橋頭位）

N

OMe

N

syn

OH

O

図	
  (a) 窒素原子の反転による非平面アミドの構造変化。
(b) 非水素結合性側鎖および (c) 水素結合性側鎖を持つ結合に関与しうるヒドロキシメチル基（-CH2OH）を持

２量体ペプチドの結晶構造。

つ短い（2−3 残基）オリゴペプチドをそれぞれ合成し、X 線結晶構造解析を行ったところ、意外なことにアミ

引用文献

ド構造に違いが見られた：前者は anti 窒素ピラミッド[1] A. Romanelli, et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 101,

化構造、すなわちアミドのカルボニル基が C 末端のエ6397–6402 (2004).

ステル基と反対側に傾いた構造を取り、後者は syn 窒[2] S. Wang, Y. Otani, et al. J. Org. Chem. 79, 5287-5300

素ピラミッド化構造、すなわちアミドが C 末端エステ(2014).

253

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No. 34

平成 28 年 6 月

第 16 回ワークショップ「和周波分光の進展」開催報告
森田 明弘 （東北大院理・A01 計画研究代表者）

融解挙動やオゾン酸化の様子を SFG で明らかにする
成果を示されました。東北大の水上氏は固液界面の表

第 16 回ワークショップ「和周波発生分光の進展」が面力計測と SFG 測定を組み合わせて、界面に吸着した

SFG 研究会との共催で 2016 年 6 月 10 日から 11 日に液体の長距離引力を明らかにされました。北大の八木

東工大大岡山キャンパスにて行われました。界面の和氏は燃料電池にかかわる Pt 表面上の高分子材料の構周波発生(SFG)分光は柔らかな界面を分光的に観測で造評価への応用を紹介されました。北陸先端大の Hien

きる有力な手法で、本領域でも中心的なテーマの一つ

氏は Si(111)表面上の水素脱離を SFG と SHG で観測しです。
SFG 分光に関わる研究者の広がりはかなり広く、て速度論を明らかにされました。東工大の大内氏はイ

基礎的な物理化学から材料科学や生物化学まで多岐にオン液体の界面構造の分子論的詳細を SFG で明らかわたります。そのため共通の計測手法をテーマとして、にされる研究の展開を講演されました。

SFG に関する研究者が日頃所属する学会分野を超えてそのほかにポスター発表も 13 件なされ、学生のポス交流する機会として開催されました。参加者は 53 名で、ター賞は京大の大槻氏（氷表面）、東工大の大橋氏、三本領域からは田原代表をはじめとして、A02 班の石橋

輪氏（イオン液体）の研究に贈られました。

教授、奥野博士、山口教授、二本柳博士や A01 班の石この研究会の前身は、SFG に関する研究者の交流の山准教授、森田などが参加しました。今回のワークシ機会としてほぼ隔年で開かれてきました。今回は７回

ョップでは国内の研究者にとどまらず、中国復旦大学目に当たり、東工大の大内教授の協力で東工大で開かの Chuanshan Tian 教授と韓国西江大学校の Doseok Kim

れました。回を重ねるごとに発展を見せ、今回の研究教授を招聘し、英語による国際的な研究集会として開会は日本における界面分光の研究者の充実と広がりを催されました。

反映したものとなりました。日本の学会でも海外の先特別講演の Tian 教授は、帯電した固体表面に接した

端的な研究と全く互角なレベルの研究、あるいは国際水溶液のχ(3) 効果を実験で明らかにする成果を発表さ的にリードする研究が活発に行われていることを改めれました。また Kim 教授は Langmuir 膜への水溶液中て確認しました。中国や韓国でも分野が育ちつつあり、のイオンの吸着挙動と構造の詳細を解明されました。

その代表的な研究者を招待したことも大きな意義があ

１日目の埼玉大の山口氏の講演では、水表面のヘテったと思いました。今後分野の枠を超えるのみならず、

ロダイン(HD)測定で OH 振動の低波数領域と free OH

国の枠を超えて界面分光の研究をリードすることが十振動の同定にほぼ決着をつける成果を与えました。理分に期待されます。

研の二本柳氏は、2D-HD-SFG の最新の進展を紹介し、脂質膜の帯電符号で水のダイナミックスが顕著に異なることを示されました。富山大の石山氏は、脂質膜‐
水界面および 2D-HD-SFG の理論計算を発表され、実験計測の意味を詳細に明らかにされました。京都大の杉本氏は金属基板上の氷表面の HD 測定で、強誘電―
常誘電の転移挙動を明らかにされました。物材機構の野口氏は、電極基板上の吸着分子を電子‐振動２重共鳴で測定する成果を発表されました。九州大の田中氏
は固体基板上の高分子表面の緩和挙動に SFG で迫る応用を講演されました。産総研の宮前氏は高分子材料
でラミネートした表面の接着を SFG で評価しました。
２日目には東北大の王氏は SFG の理論計算を有機
分子界面に展開する研究を報告されました。筑波大の石橋氏はキラル系について HD 計測の SFG でその起源(上)全体写真、(左下)Tian 教授、(右下)Kim 教授に迫る解析を紹介されました。北大の叶氏は脂質膜の254

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No. 34

平成 28 年 6 月

テルライド・ワークショップ“Nonlinear Optics at Interfaces”参加報告森田 明弘 （東北大院理、A01 計画班代表者）

らがんがんと質問が出て熱い議論が繰り広げられることで、日本ではまず見られないスタイルである。私のTelluride Science Research Conference “Nonlinear

講演でも田原さんの講演でも、途中から質問が止まら

Optics at Interfaces” が 2016 年 6 月 21 日から 26 日

なくなって、用意してきたスライドの半分ぐらいしかまで米国コロラド州テルライドで行われた。このワー話すことができなかった。

クショップは Alex Benderskii と Franz Geiger の 2

このように世界トップの参加者が激しい議論を闘わ人の世話人によって始められ、界面非線形分光の研究せる中で、日本から参加した田原代表と森田は十二分者が 2 年ごとに集まって最新の研究成果を交換しあうにその存在感を示したといってよいと思う。田原さん

もので、今回が第 5 回目にあたる。全体で参加者は 29

は、時間分解ヘテロダイン SFG によってはじめて明人で、日本からは田原太平領域代表と森田の 2 人が参らかになる水表面の水和電子の振る舞いをクリアに描加した。森田は 2008 年の第 1 回目から、また田原代

きだし、並み居る研究者達に強い印象を与えた。森田

表も第 2 回目から欠かさず参加しており、界面分光のは、田原グループとの共同による水表面の変角振動に最新の動向をまとまって把握できる貴重な機会となっついての最新の研究を、論文発表に先駆けて紹介した。

ている。

SFG の変角振動は実は界面よりもバルクを見ている

最初に界面分光の重鎮であるコロンビア大の Ken

ことを明らかにし、この分野の研究者達にショックを

Eisenthal による帯電した固液界面での(3) 効果の講与えた。界面分光が本当に界面を見ているのかという演 か ら 始 ま っ て 、 SFG の 高 分 解 能 分 光 （ Hongfeiのは、分野の潜在的な疑問であったが、それをさらけWang）、シリカ表面の溶液構造（Dennis Hore, Eric

出して新たな議論を巻き起こしたといえる。

Borguet, Eric Tyrode, Julie Gibbs-Davis, Franz

テルライドの小ぢんまりとした町で、研究会のメン

Geiger ）、 SHG や SFG に よ る 表 面 イ メ ー ジ ン グ

バーが密接に過ごすことになるので、食事中やハイキ（Garth Simpson, Steve Baldelli）、immunoassay へ

ングなどでも否応なく議論漬けになる機会が多い。界の応用（John Conboy）、脂質単分子膜へのイオンの吸面分光の分野では、理論家はまだ希少価値があるよう

着（Heather Allen, Paul Cremer）、TiO2 上の吸着とで、私にも多くの人が議論を持ち掛けてきてくれるこ

触媒反応（Zefeng Ren）、電気化学条件での電極界面観とは、個人的には大変ありがたいことであり、田原さ測（Dana Dlott）、有機薄膜トランジスタ界面（Aaron

んには「森田さんは外国の大教授たちの先生みたいだ

Massari）、DNA 結合水のキラル構造（Poul Peterson）、ね」とからかわれてしまった。この機会に得た情報や一重項解離（Sean Roberts）、タンパク質等の SFG モ

アイデアを今後の研究のなかに生かしていきたいと思

デリング（Victor Batista）、水表面の SFG の理論（Jimい、改めて本新学術領域の支援に感謝する。

Skinner, Francesco Paesani, Akihiro Morita）、タン
パク質の界面構造（Elsa Yan）、金微粒子のプラズモン
散乱（Luis Haber）、水の変角振動（Alex Benderskii）、
第 2 次高調波散乱（Sylvie Roke）、水の電気分解（Kramer Campen）、界面水和電子の時間分解観測（Tahei Tahara）、固体界面への溶媒の共吸着（Rob
Walker）といった多彩で最先端の研究が次々と紹介された。
上の講演内容をみても、界面非線形分光の応用が非常に広がっていることが改めて感じられる。今回は理論面でも森田を含めて 4 名の講演があり、これまで遅れていた理論的な発展も進んでいることも見て取れる。
このワークショップの特徴としては、前もって講演会場（テルライド小学校）前での参加者の記念撮影

タイトルもアブストラクトも用意せず、講演の途中か255

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No. 34

平成 28 年 6 月

都立国分寺高等学校 分野別 進路 講演会 報告川村	  出	  （A02 公募 横浜国立大学）
東京都立国分寺高等学校では高大連携プログラムが盛んであり、例年、各大学の研究者が集まり分野別
進路講演会を開催し、生徒たちの進路選定に役立てられている。今年は 2016 年 6 月 22 日 (水曜日)に国分寺高校で開催され、この中で、川村が”色を示すタンパ
ク質の不思議”というタイトルで大学での研究内容を高校生に紹介する機会をいただきました。国分寺高校
は JST ”中高生の科学研究実践活動推進プログラム”の採択機関でもあり、学生自ら課題設定をして力をつけ、科学に好奇心をもった意欲的な学生がたくさんおられました。また、それを指導する教員の方々も熱心だったことが印象的であります。
	  国分寺高校 分野別進路講演会での様子

講演では、私の研究室が所属する学科の説明に加えて、色をもつタンパク質の代表としてチューブに用意したロドプシンタンパク質を実際手に取って見てもらい、その美しさを感じてもらいました。そしてその基本的な性質とその応用例についてムービーなども用いて紹介し、タンパク質の機能と構造の関係性を一緒に考えました。その中で私が用いている磁気共鳴法(NMR)を用いたタンパク質の立体構造解析についてもわかりやすく(?)説明いたしました。磁気共鳴法で決定したアナベナセンサリーロドプシンの立体構造の座標情報をもとに 3D プリンタで製作したタンパク質モデ
ルを手に取って楽しんでもらいました。また、この講演の中でタンパク質について少しでも触れていただきたいと思い、「柔らかな分子系」のアウトリーチ活動で大活躍している力覚装置(ハプティックデバイス)を用いて、コンピューターでタンパク質の柔らかさを体験説明に用いたアナベナセンサリーロドプシンのしていただきました。時間が無く、数名の学生さんし

3D プリンタモデル(左)とハプティックデバイス(右)か体験することができませんでしたが、タンパク質の複雑さと興味深い部分を伝えることができたと思っています。
難しい講義だったかもしれませんが、研究者としての日頃もお話をさせていただきました。今回の講義を聴いてくれた高校生が少しでも生物物理化学をはじめとする学問と高度な研究内容に興味を持ち、次の目標に向かう役に立てたなら幸いです。
最後に、ハプティックデバイスの使用方法を教えてくださいました東京大学 北尾研の竹村和浩博士に感謝申し上げます。

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平成 28 年 6 月

若手研究者海外派遣プログラム

活動報告

久光 翔太 （九大院工・A03 班 楊井グループ・
博士後期課程）2016 年の 3 月 14 日から 3 月 28 日までの間、ミラ
ノビコッカ大学の Monguzzi 教授のもとを訪ね共同研究を行った。長波長領域の光を短波長領域へと変換する技術をフォトン・アップコンバージョン(UC)というが、私は「イオン液体中での三重項励起エネルギー拡
散 に よ る UC 」 に 関 す る 研 究 に 従 事 し て い る 。
Monguzzi 教授は、多彩な分光機器と理論式を駆使して UC の各過程での励起子ダイナミクスの究明を志す、
当該分野における世界的権威である。今回の海外派遣
で私は、日本で合成した自らのイオン液体を携え、液体中の励起子挙動を明らかにするための詳細な実験を行うために単身イタリアを訪れ、二週間の異国での研究の日々を送ってきた。
液体材料中の励起エネルギーの拡散過程を明らかにすることは非常に難しい。液体材料は、結晶や液晶性の材料の様に分子の配列が明確でない柔らかい材料であるがゆえに、実際に得られたエネルギー拡散の速度・距離などの観測結果を構造情報と関連付けて解釈でき

a) 研究室メンバーによる歓迎会. b)Monguzzi 教授と装置ないことが研究を難航させる要因の一つである。実際の前で. c) , d) 新旧エバポレーター対決(新 : ミラノビコに構造を見ることができない以上、多角的な観測を行ッカ大学, 旧 : レオナルドダヴィンチ記念国立科学技術

い、手探りで液体中の分子が感じている環境を浮き彫博物館).

りにしていかなければならない。今回の派遣は、そう激に溢れていた。先生方や学生全員が生き生きとしてした背景のもとであり、特に高磁場存在下・極低温環

いて、どことなくのびのびしていた雰囲気であった。

境下における測定を得意とする彼の研究室で、私自ら一方で研究に対しては非常に真摯な姿勢であり、話しの所属研究室では不可能な様々な測定を共同研究によ相手が私のような一学生であっても、非常に尊重されり行うことを目的とした。

ている空気を肌で感じた。測定結果に関しても、「君は滞在中は、磁場存在下での UC 測定、磁場存在下・

これをどう解釈するか」ということをよく尋ねられた。

低温環境での UC 測定、これらに加えてイオン液体の滞在中困ったことは、研究室にロータリーエバポレ

蛍光寿命の波長分解測定を行った。特に蛍光寿命の測ーターがなかったこと。近所の有機合成系の研究室を定に関しては当初は予定しておらず、現地で訪ねて、故障している装置を借り、自分たちで直して

Monguzzi 教授とのディスカッション中に派生的に行使わせていただいた。休日に訪れた博物館で、古代のうことが決定したにもかかわらず、非常に強力な結果

エバポレーター(濃縮器)の模型が展示されているのをを得ることができた。現時点では解析中の測定結果も見かけて、科学技術の進歩って素晴らしい、と思った。

あるが、それぞれの測定から液体中でのエネルギーの

未来の化学者はどのような方法で溶媒を飛ばし、何を失活過程に関する特徴的な挙動が見られてきている。

明らかにしたいと思っているのだろうか。

これを詳細に突き詰めることで、機能性のイオン液体

最後に、海外派遣プログラムへの採択により今回の材料の科学の発展に大きく貢献できると期待している。

訪問を支援していただいたことを深く感謝いたします。

国外の研究室を訪問したのは今回が初めてであった

特に手続きの関連で名工大 神取研究室の佐々さんにが、測定以外の些細な事柄まで何もかもが新鮮で、刺は大変お世話になり有難うございました。

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