NMR 8

http://www.nmrj.jp

Vol.

October 2017

B U L L E T I N O F T H E N U C L E A R M AG N E T I C R E S O N A N C E S O C I E T Y O F J A PA N

1

種々のフラーレンと内包化学種の H NMR 化学シフト213

脂質の H NMR スペクトル、 C CP/MAS NMR スペクトルとC-N REDOR 曲線

日本核磁気共鳴学会

The Nuclear Magnetic Resonance Society of Japan

表紙の図
（上段）
：種々のフラーレンと内包化学種の 1H NMR 化学シフト（図 1）
京都大学化学研究所 村田 靖次郎（下段）：脂質の 2H NMR スペクトル、13C CP/MAS NMR スペクトルと C-N REDOR 曲線（図 5、8 抜粋）
九州大学大学院理学研究院化学部門 松森 信明

NMR

BULLETIN OF THE NUCLEAR
M AG N E T I C R E S O N A N C E S O C I E T Y O F J A PA N

8

Vol.

October 2017

日本核磁気共鳴学会
The Nuclear Magnetic Resonance Society of Japan

CONTENTS●会長メッセージ
What’s new?… …………………………………………………………………………………………………………………………………… 4
竹腰 清乃理●巻頭エッセイ
私の NMR 装置遍歴… …………………………………………………………………………………………………………………………… 6
高橋 征三
●解 説
脂質ラフトの NMR 解析………………………………………………………………………………………………………………………… 9
松森 信明
NMR のハードウエアに関するメモ
根本 暢明

3. 主に受信系について ― 分光計編…………………………………………………… 17●トピックスPure shift NMR を理解するためのZangger-Sterk 法と PSYCHE 法入門…………………………………………………… 25
堤 遊
小分子内包フラーレンの有機合成とそれらの H NMR シグナル… …………………………………………………………… 33
村田 靖次郎1●若手ポスター賞選考経緯報告第 55 回 NMR 討論会（2016）若手ポスター賞について… …………………………………………………………………………… 38
最優秀若手ポスター賞（JEOL RESONANCE 賞）
パルス ODMR を用いた磁気センシング………………………………………………………………………………………………… 40
田辺 竜太郎、五十嵐 龍治、白川 昌宏
優秀若手ポスター賞（大陽日酸賞）
固体 NMR による光駆動型ナトリウムイオンポンプ KR2 の pH 変化に対するレチナール結合サイトの構造変化の解析… ……………………………………………………………………………………… 42
重田 安里寿、伊藤 奨太、沖津 貴志、和田 昭盛、井上 圭一、神取 秀樹、川村 出
優秀若手ポスター賞（昭光サイエンス賞）
Simultaneous observation of 1H detected 13C/1H and 15N/1H 2D correlation
solid-state NMR spectra in natural abundance at very fast MAS > 60 kHz… ………………………………… 44
You-lee Hong, Yusuke Nishiyama
若手ポスター賞（3 社合同賞）
NMRとSAXS による RNA 結合性マルチドメインタンパク質 Nrd1 の構造解析…………………………………………… 46
小林 彩保、永井 敢、佐藤 亮介、伊藤 隆、杉浦 麗子、三島 正規
多孔性配位高分子の空隙に物理吸着させた気体分子のダイナミクス… ……………………………………………………… 48
田村 優実、犬飼 宗弘、中村 浩一
0.2T永久磁石MRI を用いた屋外樹木中の水輸送計測……………………………………………………………………………… 50
長田 晃佳、福田 健二、巨瀬 勝美、寺田 康彦
細胞内におけるALS 関連タンパク質 SOD1 のフォールディングに関する動的構造解析………………………………… 54
岩川 直都、森本 大智、ヴァリンダ エリック、菅瀬 謙治、白川 昌宏
NMR-NQR 二重共鳴法を用いた NQR 信号高感度化………………………………………………………………………………… 56
大平 龍太郎、大田垣 祐衣、韓 猛、宮戸 祐治、赤羽 英夫
Satellite transition selective { Al}/ H D -HMQC experiment at very fast MAS
for the determination of quadrupolar coupling constants……………………………………………………………… 60
Nghia Tuan Duong, Manoj Kumar Pandey, Yusuke Nishiyama
27

1● NMR 基礎講座
常磁性効果の基礎と生体高分子解析への応用………………………………………………………………………………………… 64
八木 宏昌

NMR Vol.8 October 2017
固体交換NMRにおける偏極移動… ……………………………………………………………………………………………………… 71
大橋 竜太郎● NMR 史点描
わが国の NMR 事始め… ……………………………………………………………………………………………………………………… 79
寺尾 武彦●海外学会報告若手研究者渡航費助成金について………………………………………………………………………………………………………… 84
EUROMAR2017 参加報告書………………………………………………………………………………………………………………… 86
山田 隼嗣
The 20th ISMAR meeting 参加報告書… ……………………………………………………………………………………………… 88
若本 拓朗
19th IUPAB and 11th EBSA congress の参加報告書… ………………………………………………………………………… 89
末元 雄介●技術レポート
NMRサンプルチューブの話………………………………………………………………………………………………………………… 90
関 充男● NMR 便利帳
生体系 NMR の解析ツール（機械学習と自動化）……………………………………………………………………………………… 94
小林 直宏● NMR 研究室便り
石川県立大学 食品科学科 生体分子機能学研究室…………………………………………………………………………………… 99
小椋 賢治
九州大学先導物質化学研究所 物質機能評価センター……………………………………………………………………………… 102
出田 圭子
株式会社三井化学分析センター 構造解析研究部… ………………………………………………………………………………… 105
佐藤 浩子
第一三共株式会社 分析評価研究所… …………………………………………………………………………………………………… 109
丸吉 京介●若手 NMR 研究会便り
かんぽの宿紀伊田辺で開催された第18 回若手 NMR 研究会便り………………………………………………………………… 112
牟田 寛弥● ICMRBS 報告
第 27 回 生体系磁気共鳴国際会議 ICMRBS京都大会の報告… …………………………………………………………………… 115● NMR 学会編新刊出版のお知らせ
新刊書籍紹介… ………………………………………………………………………………………………………………………………… 118
内藤 晶

NMR 学会からのお知らせ
1.

日本核磁気共鳴学会の決定事項… …………………………………………………………………………………………………… 120

2.

第 56 回 NMR 討論会（2017）… ………………………………………………………………………………………………………… 122

3.

ニュースレターの記録…………………………………………………………………………………………………………………… 1254.

日本核磁気共鳴学会規約……………………………………………………………………………………………………………… 127

5.

日本核磁気共鳴学会機関誌投稿規程………………………………………………………………………………………………… 1316.

賛助会員名簿… …………………………………………………………………………………………………………………………… 133

7.

日本核磁気共鳴学会機関誌編集委員会委員名簿（2017 年度）… …………………………………………………………… 134

8.

編集後記……………………………………………………………………………………………………………………………………… 135

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

会長メッセージ

Whatʼs new?
日本核磁気共鳴学会会長

竹腰 清乃理takeyan@kuchem.kyoto-u.ac.jp

会長メッセージ
4

日本核磁気共鳴学会（NMR 学会）は 1961 年のり、それを勉強することが学会に出席する楽しみ

第一回 NMR 討論会を前身として、2001 年に設立であります。最近も、いわゆる big data の利用によされた学会です。その設立趣旨は「会員の間で生る代謝解析や microfabrication による微細加工を用

き生きと NMR に関する研究交流ができるように、いたハードウエア・検出法などに目を引かれていNMR 討論会の母体としての学会開催の支援、若手ます。このように NMR は NMR 発のアイデアもあ

研究者の海外渡航支援、NMR 学会会員のニューりますが、他の分野のいろんな技術をどん欲に取スレターの発行、NMR 学会機関誌の発行等を学り込んで発展してきているのだと思います。今後

会活動事業の柱にし、さらに、学会事業の原点では、はやりの AI を取り込んで、我々の職業は奪わあった、国際会議の開催支援を強化するために設れてしまうことになるのでしょうか……？ このよう立された」であり、会員の研究交流のために存在な多様で継続的な発展を可能にしているのは、一する組織です。主力の交流の場は年に一回開催さつに、spin 系の挙動が量子統計力学で記述できる

れる NMR 討論会で、2016 年度は広島（広島大）でこと、および、rf パルスや試料回転などで精密に制行われました。また、2016 年の夏に、京都で国際御できるからであろうと思います。NMR 学会では、的な磁気共鳴の学会の一つである第 27 回生体系磁新しい NMR 実験の発想を生み出してもらうために

気共鳴国際会議（ICMRBS）を共催しました。こNMR のブラックボックス化を防ぐことなど、会員の場をお借りして、お世話してくださった幹事ののみなさまへの情報発信を引き続き行いたいと考え方々や参加者の皆様に、お礼を申し上げます。今ています。その一助としての、NMR 学会ニュース

年度の NMR 討論会は南大沢（首都大学）で 11 月

レターや本学会機関誌の発行を今後も充実させて

14 日から行われます。例年の通り、チュートリア

いきたく、担当の理事・評議員の先生の引き続きのルレクチャーを前日の 11 月 13 日に予定していまご協力をお願い致します。

す。幹事の先生に、あらかじめお礼を申し上げま

さて、私が討論会に参加するもう一つの動機はす。会員のみなさまのふるってのご参加を期待し「出会い」であります。楽しんだ論文や本の実際のています。また、国際学会の誘致も引き続き行っ

著者の方にお会いして質問したり、自分の発表内ています。良いニュースをお伝えできるよう、担容について話しかけてきてくれた方々と知り合いに当の理事・評議員・幹事の先生方、よろしくお願なり、その後の共同研究につながるなど、学会はい致します。

集まった研究者の方々と交流する非常に良い場で

私が NMR 討論会に参加する一つの理由は、当あります。自分の抱えている問題の突破口・ヒント

然、NMR の新しい技術・応用を勉強することでや新しい研究のきっかけを得るということもあります。NMR は 1946 年 の Purcell や Bloch らによる 最

すが、私は、単純に、変わった方と知り合いになる初の実験以来、高分解能化による化学シフトやＪ楽しみが実は大きいです。人は誰しも自分が偏差結合の発見、二次元法の発展に伴うタンパク質な値 50 付近だと考えているもので、逸脱した方を見

どの生体分子の立体構造解析、マジック角試料回つけると、変わった人だな（褒め言葉です）と思う

転とデカップリングによる固体高分解能 NMR のものですが、実は、自分が＞ 2 σなのかもしれない

発展、四極子核の NMR、磁場勾配法による拡散（自省）……。そういうユニークな方々と馬鹿話をし研究・NMR イメージングなどなど数多くの新しているうちにアイデアを思いつくことも、ごく希にいアイデア・実験が行われてきています。実際に、ありますが、最近は単に楽しむだけでも充分だと思NMR 討論会でも常に最新の手法・応用の発表があい始めています。

受領日：2017 年 5 月 22 日

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

り、心の中で「言わなきゃ良かった」と思うこともク時のボスの故 McDowell 先生が毎朝挨拶代わり

良くありました。今では、自分が NMR 討論会に参に私に投げかける「お言葉」で、苦し紛れに「これ加するときのキーワードになっています。今年はどこれこのような新しい結果が・アイデアが……」な

んな What s new な NMR や人物に出会えるのだろ

どと、その場しのぎで景気の良いことを言うと、う……。

数週間後に「あれはどうなった」とのご下問があ日本核磁気共鳴学会

表題にした What s new? というのは、ポスド

5

NMR 2017 8巻

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

巻頭エッセイ

私の NMR 装置遍歴
旧日本女子大学理学部物質生物科学科

高橋 征三
takahashi.seizo@gmail.com

1969 年、はじめて NMR に出会った。約 1 年半かけて合成したジヌクレオチドの全量を使って、味の確か 1977 年に、宮澤研に日本で 2 番目に Bruker

素の中央研究所で活躍しておられた甲斐荘先生に、の WH-270 と い う 超 伝 導 パ ル ス FT-NMR 装 置 がVarian 社の XL-100 で P-NMR を測定して頂いたの入った。R-22 で一日積算した結果が、感度の点である。一晩かけて積算したスペクトルを指してこ

で 1 パルススペクトルにも及ばないことを体験し、こに信号があると言われたが、ノイズの塊りにしかNMR の研究は装置が死命を制することを痛感し見えなかった。最終的に積算を重ね、S/N 比が 2 かた。磁場が安定し、測定時間中の磁場変動に関し

3 ぐらいで、かろうじて H- P 間のスピン結合が推ては、ほとんど気にならなくなり、ブロック積算定できた。当時は現在では考えられないほど電源法もほとんど忘れ去られた。スペクトル分解能でや装置が不安定で、先生は測定中、研究室に寝泊競争する時代もここで終わった感じがする。

31

1

31

りして装置を見張ったはずである。確か信号積算

1979 年から約 2 年、CMU のメロン研究所で Dadoc

装置（CAT）が日本に初めて輸入された時期だと思教授が設計製作した 250 MHz の装置を使った。部う。私は人、装置、時期の点で、じつに幸運に恵ま屋に入ると正面に複雑なピークが林立する、およれていた。

そ長さ 10 m のチャートが貼ってあった。装置が完1972 年に宮澤研が発足し、研究室立ち上げにあ成した記念に最初のスペクトルとしてワインを測定たり、装置の選定作業から勉強させて頂いた。宮し、同じワインで乾杯したそうである。水溶液なの

澤研では、永久磁石で世界唯一の 90 MHz の装置、に分解能が 0.1 Hz を切っていたと思う。この超高分

日立製 R-22 が採用された。永久磁石は電磁石より解能スペクトルには戦慄を覚えた記憶が鮮明に残っは安定とはいえ、磁場強度が温度で鋭敏に変化すている。

巻頭エッセイる。磁石は大きな発泡スチロールの箱の中に入れ、この装置はリボン状超伝導コイルに外部から電温度を比例制御装置で制御していた。磁場変動を流を供給する形式だったので、磁場は電磁石なみ

実用レベルに抑え、価格を電磁石 NMR 装置なみにに変動した。液体窒素は毎日、液体ヘリウムは毎月抑えるためには、技術的にかなり無理を強いられた

電磁バルブで自動補充していた。コンピュータは廊と思う。例えば、プローブはチューニング回路を固下を隔てた隣室の一角を占める巨大なもので、くも定し部品点数を減らしていた。使用者としては、周の巣のようにケーブルが這い回っていた。コンソー

波数掃引中に磁場均一度がフラフラ変動し、見えルは研究用のため、装置の構成を自由に変更できるはずのピーク分裂がつぶれてしまうのを眺めるのた。Dadoc 教授から教わったアンプの直線増幅部は相当にストレスがたまった。納入された信号積算分だけを使う正当法では感度が稼げないので、中装置は、プラスとマイナス信号が別々の電子回路を間アンプ出力を F 用アンプを加えて増幅し、ケー

通り、ゼロ信号を定めるバイアス電流が不安定なたブルやフィルター、プローブ等を試行錯誤で組み替

め、ゼロレベル近傍が不連続につながるという、実えた。とくに注目領域に影響しないフィルターをはに不思議な装置だった。磁場変動に対しては、シ

ずした効果は大きかった。その結果、例えば当初は

グナルロックという方法で掃引ごとにピーク位置を

1 晩積算する必要があったものが、2 時間以内に短合わせていたが、積算回数が増えるにつれピーク縮できた。これは極めて貴重で、もとのスペクトルの線幅が広がるのは避けられなかった。この経験はノイズしか見えない。そのベースラインを一定にから、甲斐荘先生が測定した P-NMR は、3 日積算

保つよう、オシロを凝視しながら、位相ノブを手かしたにもかかわらず、しっかり高分解能を維持したら離すことができない。突如位相がジャンプするの

31

6

驚異的な結果であると痛感した。

19

受領日：2017 年 5 月 8 日 受理日：2017 年 7 月 5 日 編集委員：浅野敦志

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

べきだと考えていたので、じゅうぶんに納得できる

ざり、再測定が必要だった。

結果であった。次点が Bruker で、ベースライン補1980 年、Dadoc は同一方式で 600 MHz の超伝導磁石の開発に成功し、世界で 2 番目のユーザにな

正にかなり苦労したあとが見えた。Varian はベース
ラインのうねりと信号の区別すら怪しかった。
臨床用 MRI 装置の操作を荻野さんのところで経250 MHz のコンソールからケーブルをドア越しに接験していたので、その技術が高分解能の世界に早続した。周波数を変更するだけで測定できたので、

晩導入されると予想した。JEOL はまだ開発予定もスペクトルを比較するとき、非常に便利だった。

なかったが、Bruker 製品の購入にあたって、グラ

前年に Ho 教授のもとに Bruker の 300 MHz ワイ

ジエント機能をつけるよう粘ったが、ガードが固く

ドボアの装置が入った。待望のパルス FT-NMR 装

一切譲歩しなかった。装置が設置されたすぐ後に置である。設置の世話役を買って出て、磁石の組グラジエント付きの新製品の発表があったので、騙み立てから逐一立ち会った。初期不良は 1 年以上された感じがしたのは当然であろう。

続き、技術者が来るまで、故障の原因を特定し応

この頃からデジタル技術は急速に進歩し、ハード急手当をする勉強をした。装置が稼働するや早速とソフトの両面でブラックボックス化していった。

20 mm 試料管にヘモグロビンを入れ、 C 測定を試

唯一の例外はプローブ部分で、未だに職人の世界みた。当時、ノイズデカップルしか知らなかったのである。H-X プローブの修理を、友人の Wan に依で、1 時間後にはサンプルが過熱されてゲルになっ頼したところ、感度が約 10％改善した。彼によるていた。この装置では、Ho 教授が電話で聞きかと磁化率調整した銅線よりも、日本から送ったオー

じった情報をもとに、溶媒信号非選択パルス列のディオ用の無酸素銅線の方が分解能や感度の点で先駆となった Jump and Return パルス（優れているとのことだった。

13）を作り、愛用させてもらった。しかし常磁性シフトのその後も、Bruker と JEOL の装置を借り歩いた

定量的変化を追跡していた私には、相関 NMR の方が、最近は NMR 装置の進歩が遅くなったように思がはるかに使いやすかった。

う。完成の領域に入ったのかも知れない。しかしス

1981 年から約 10 年間、永山先生の世話になり、マホの急速な普及を見ると、NMR が時代に取り残＊1

JEOL の装置を使わせてもらった。Dec のミニコンされる危惧を感じる。パルス制御など MRI の最新で制御された、近代的な装置で、紙テープやテレタ

技術を高分解能の世界に導入するタイムラグが大き

イプが過去のものになっていた。ここではトップダすぎないだろうか。1 量子と 2 量子遷移スペクトル

ウン構造化プログラムの洗礼を受け、コンピュータの同時取り込みを試みたとき、手元の装置ではパル経由でしか装置を制御できないストレスは予想以上

ス位相の不安定さに辟易したが、最近はそのズレだった。機械に支配されている雰囲気がどうしてもがほとんど気にならない。やがて位相誤差をキャン

なじめなかった。スピナーの構造も気になった。落セルする CYCLOPS 位相回しは過去の遺物になるの下の衝撃で、試料管の位置を精確に制御できないではないだろうか。

のである。不幸にしてこの欠点は今も改善されていないようである。

現在いちばん気になることは、メモリーが安価になったにもかかわらず、未だに昔のイメージでソフ

1992 年、日本女子大に NMR 装置を購入するこトやハードが設計されていることである。ADC のとになった。調査の結果、メーカ各社の基本性能高速化にともない、FID はオーバーサンプリングとは横並びだったが、使い勝手では依然として差がデジタルフィルター処理が標準仕様になった。しかあった。性能チェックに血液中の 80 ppm の常磁性

るに中身はサンプリングデータの加重平均だけであシフトの測定を依頼し、測定に入る前の時間やスペる。転送速度の遅いハードディスクに圧縮データをクトル処理の様子を観察した。パルスの綺麗さ、ア保存するためである。これではオーバーサンプリンンプの残留ノイズ、フィルターの性能を手っ取り早

グの利点をほとんど殺しているとしか言えない。例

く評価できる最適の試料だと思ったからである。結

えばデータ保存の前に、次のようにデータを並べ替

果は JEOL がベースラインを除き一番求める形に近えてはどうだろうか。

かったが、永山研の山崎さんがボードに手を入れて測定ごとのスペクトル強度、位相、共鳴周波数

観測可能になったと聞いた。私はかねがね水溶液の揺らぎは絶対に避けることができない、必然的にと有機溶媒サンプルでは、アンプの使い方が異なる

積算はスペクトル劣化を助長する｡ そこでデータ揺NMR 2017 8巻

る幸運を得た。600 MHz の磁石は隣室に設置され、日本核磁気共鳴学会

で、うっかり居眠りすると、位相がずれた共鳴が混7

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

らぎの大きい順にデータを並べ替え、主要部分だけ足し合わせて合成 FID としてメモリーに保存するのである。図 1 は FID の実数部分、虚数部分を計算し、得られた結果を複素数に戻して FFT 計算した結果である。ロックをはずした状態でも、主値の第1 成分（PC1）＊ 2 は 90 ％程度の強度を示し、PC1 はノイズも含めて従来の積算スペクトルと一致した。

1％以上の強度を持つ主値の 4 成分を足し合わせると、本来のスペクトルとほぼ同じ線幅のスペクトルが得られた。つまりこの方法で測定中の磁場変動はほとんど補正できたことになる。実現は容易ではないだろうが、FID をメモリーに保存する前に、最初の 256 点を GPU で高速計算し、残りを従来の積算FID で接続すればどうだろうか。メモリー容量が問＊3
題になるならば、GPU と FPGA の助けを借りてランダムサンプリングで圧縮する方法もあると思うのだが。要するに NMR 装置はもっと発展する余地があると主張したい。
注 釈
Dec は Digital Equipment Corporation の 略 で 60 〜 90
年代にかけてミニコンで世界をリードしたアメリカの＊1

図1

ロックなしの 1 パルスの測定を 32 回保存して FID の主値解析を行った。青色は一番大きい変動成分を FT した結果を示す。通常の積算スペクトルに相当する。赤色は変動の大
きい上位 4 成分を足し合わせて FT した結果を示す。本来の
1 パルススペクトルと一致した。

コンピュータ企業であり、NMR 装置の制御用としても使われていた（http://museum.ipsj.or.jp/computer/。
mini/history.html など参照）＊2
多変量解析の１種類である主成分解析で算出される第１主成分（Principal Component 1: PC1）である。
＊3
Field Progra mmable Gate Array の略、例えば https://japan.xilinx.com/japan/fpga-koza/chapter01.html などを参照のこと。

高橋 征三（たかはし・せいぞう）

1967 年

千葉大学薬学部卒

1972 年

東京大学薬学系大学院博士課程修了 薬学博士

1972 〜 80 年 大学理学部生物化学教室助手
1978 年

ピッツバーグ大学（Senior Research Associate）

1979 〜 80 年 カーネギーメロン大学 メロン研究所（Senior Research Associate）

巻頭エッセイ8

1981 年

日本女子大学家政学部家政理学科一部化学系講師

1984 年

同助教授

1989 年

同教授

1992 年

理学部物質生物科学科教授

2009 年

定年退職

2009 年〜（株）シゲミ、（株）バイオネット 技術顧問

9

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

解説
日本核磁気共鳴学会

脂質ラフトの NMR 解析
九州大学大学院理学研究院化学部門

松森 信明

はじめに

て、主に人工脂質膜の生物物理研究から、脂質膜

筆者が NMR を本格的に使い始めたのは、博士

は必ずしも均質な流体ではなく、膜の組成によっ課程の学生として、橘和夫教授、村田道雄助教てはドメイン構造と呼ばれる微小膜領域が存在す

授（現大阪大学教授）の下で行った天然物の構造ることが示された。例えば、スフィンゴ脂質とコレ決定に遡る。当時開発した手法が、遠隔 C-H スピ

ステロールは秩序性の高い膜領域（liquid ordered

ン結合定数を用いた天然物鎖状部分の相対立体化

domain, Lo ドメイン）を形成し、秩序性の低い膜学決定法、いわゆる JBCA（ J-based configuration（liquid disordered domain, Ld ドメイン）と相分離

analysis）法であった 。この手法は被引用数がする 。Simons らは、このような人工脂質膜の知400 を超え、発 表 から 20 年を経 た現 在でも年間見を取り入れ、自身の細胞内小胞輸送に関する研30 回程度引用されるなど広く天然物の分野で用究結果を説明するために細胞膜にも人工脂質膜にいられていることは研究者冥利に尽きる。1999 年

見られるようなドメインが存在すると考え、これをに大阪大学村田研究室の助手として採用されて」と命名した（図 1） 。こ「脂質ラフト（lipid raft）

以降はこの手の研究から距離を置き、抗真菌剤の脂質ラフトは「細胞膜という海に浮かんだいか

Amphotericin B や海産天然物 Amphidinol 3 のようだ（raft）のような構造」との意である。脂質ラフト

な膜作動性薬剤の作用機構の NMR 解析や、脂は、スフィンゴ脂質とコレステロールから構成さ質ラフトのように脂質膜そのものの解析へと研究をれるナノスケールの密な膜領域であり、また GPI

シフトしてきた。特に NMR に関しては膜タンパク（glycosylphosphatidylinositol）アンカータンパク質質の解析を目指した研究が盛んに行われている中、をはじめとして種々の膜タンパク質が集積すること

脂質そのものを NMR の研究対象とすることは若干で、シグナル伝達や膜輸送を効率的に行うための時代錯誤の印象を与えるかもしれない。しかし筆者

プラットフォームとして機能していると考えられての出自が天然物有機化学であること、脂質も天然

いる 。

［1］

［2］

［4］

［5］

［6］

有機化合物であることから、筆者らにとって脂質を

この脂質ラフトモデルが 1997 年に提唱されて以研究対象とすることは自然な流れであった。本稿で降、細胞生物学、生化学および生物物理学の分野

は脂質ラフトの NMR 解析について紹介する。こので脂質ラフトに関する研究が盛んに行われてきた。

手の研究は他では行われていないため、主に筆者

一方で、脂質同士の分子間相互作用に着目した化らの研究紹介になることをご容赦頂きたい。

学的な視点でのラフト研究はほとんど行われてこなかった。一般に脂質ラフトの形成はスフィンゴ脂質

脂質ラフトとコレステロール間の相互作用によって説明されて20 世紀の中頃まで、細胞膜は脂質二重膜の外側［7］
きたが 、ラフトの形成機構を分子・原子レベルでをタンパク質で被覆された静的なものと考えられ詳細に調べた実験的研究は皆無であった。そこでて い た。 そ の 後、1972 年 に Sanger と Nicolson に

筆者らは、溶液および固体 NMR と標識体の有機合

よって流動モザイクモデルが提唱され 、脂質膜成を組み合わせたアプローチで脂質ラフト形成の分の理解は一気に進むことになる。このモデルは、脂子機構解明を試みた。

［3］質二重膜が二次元流体を形成し、そこにモザイク状に膜タンパク質が浮かんでおり、脂質および膜バイセルによるスフィンゴミエリン

タンパク質は自由に側方拡散できる、というもの（sphingomyelin, SM）の配座解析［8］である。しかし、1970 年代後半から 90 年代にかけ

ま ず は バ イセ ル と 呼 ば れ る 脂 質 膜 モ デ ル の

受領日：2017 年 8 月 30 日 受理日：2017 年 9 月 5 日 編集委員：福士 江里

NMR 2017 8巻

matsmori@chem.kyushu-univ.jp

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

溶 液 NMR 測 定 を 行 った。 脂 質 ラフトや Lo ド メ

DHPC バイセルを構築した。

イン は、 界 面 活 性 剤 TritonX-100 に 不 溶 性 で あバイセルは長鎖リン脂質と界面活性剤の比（q値）る。一方、バイセルは一般に DMPC（dimyristoylが 2 以上で大型化し磁場配向性を示す。一方、そphosphatidylcholine）な ど の 長 鎖 リン 脂 質 で 構の比が 1 以下になるとバイセルは小型化し等方的成 さ れ る 脂 質 二 重 膜 構 造 が DHPC（dihexanoyl

な運動性を示すため、溶液 NMR の測定が可能に

phosphatidylcholine）や CHAPSO といった界面活な る 。 筆 者らは SM-DHPC 混 合 系 が バイセル

。つま性剤に取り囲まれた構造をしている（図 2a）の特徴である磁場配向性を示すことを P NMR にり、界面活性剤に不溶性という点で、ラフトとバイ

よって確認した。図 2b は q＝ 4 の時の P NMR でセルは類似している。そこで筆者らは、代表的なあり、二重膜を取り囲んでいる DHPC 由来の P はスフィンゴ脂質であり主要なラフト構成脂質であ等方的な 0 ppm 付近のピークを与え、二重膜を構る SM（図 1 参照）を DMPC の代わりに用い、SM-成している SM 由来の P は配向による異方性のた

［9］

31

31

31

31

め低周波数側のシグナルを与えた。このことから、

SM-DHPC 混合系はバイセルの特徴を備えていることが示された。
次にq 値を 0.5 にすることで等方的な SM-DHPC
バイセルを調製し、溶液 NMR 測定を行った。ここから得られたスピン結合定数および NOE を用いて、。観測
膜環境下での SM の配座を決定した（図 2c）
されたスピン結合定数がアンチ配座に典型的な値を取ることから、この配座は比較的安定だと考えられる。同時に、SM-DHPC バイセルにコレステロー
ルを含有させたが、コレステロールの含有量が SMに対して 10％を超えると、等方バイセルを作成してもシグナルがブロードになってしまった。コレステ
図 1 脂質ラフトの模式図と主要構成脂質

ロールの含有によってバイセル以外の相状態へと変

解説

図 2 バイセルを用いた SM の配座解析（a）バイセルの模式図。q 値は長鎖リン脂質と界面活性剤の比を表す。
（b）SM と DHPC から調製した大型バイセル（q ＝ 4）31の P NMR スペクトル。磁場中で配向していることがわかる。
（c）SM-DHPC 小型等方バイセル中における SM の配座。溶
液 NMR 測定から得られたスピン結合定数と NOE を用いた。

10

11

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

際に相転移温度が変化する）、およびオーバーラッ

2c で示した配座が比較的安定であることから、コプしたシグナルの帰属が不確実になる、といった

レステロールによるこの部分の配座への影響は大き問題がある。一方筆者らは、一か所ずつ重水素をくないと考え、以下の解析を進めた。

導入した 19 種類の同位体異性体を化学合成し（図、それぞれについて H NMR を測定した
3b）

。実

［10］

2

H NMRを用いたSMアルキル鎖の動的挙動解析

際に筆者らの結果との比較により、アシル鎖全重水

次に脂質膜中における SM アルキル鎖部分の動的

素化 SM から得られた H NMR の帰属

2

2

が間違っ

［11］

ていることがわかった。ただし、19 種類もの同位素は四極子核であり、図 3a に模式的に示すように、体異性体の合成は非常に手間がかかり、合成を担

2

H NMR 測定から得られる四極子分裂の大きさか当した学生諸氏の努力に感謝するとともに、有機化

ら局所的な揺らぎを見積もることができる。すなわ

学系出身の我々しかこのような面倒な実験を行わな

ち、分裂が大きいほど膜中での SM アルキル鎖の揺いだろうと、ある意味自負（自嘲？）している。

らぎが小さく、分裂が小さいほど揺らぎが大きい。

図 3c に SM だけの脂質膜、および SM にコレス

このような脂質アルキル鎖の揺らぎは、C -C 単結合

テロールを 50％含有させた膜での四極子分裂幅ののゴーシュ – トランス配座交換に起因しており、揺プロファイルを示す。この実験を含む以下の実験でらぎが小さいほどトランス配座の割合が多いことをはバイセルではなくリポソームを用いていることに意味する。

注意されたい。上述のように四極子分裂が大きい

これまでも H NMR を用いて SM や他の脂質の膜ほど揺らぎが小さいことを意味している。コレステ

中でのアルキル鎖の動的挙動を解析した研究は数ロールが存在しない場合（青三角）は、SM の頭部多く存在する。しかし、アシル鎖の水素を全て重水から尾部にかけて四極子分裂が単調に減少してい素置換した標識脂質が市販されているため、それをることから、アルキル鎖の先端にいくにつれて揺ら用いることが一般的であった。このようなアシル鎖ぎが徐々に大きくなっていることがわかる。一方コの全重水素置換体では、一度の H NMR 測定で多レステロールが存在すると（赤丸）、アルキル鎖のくの動的情報を得られる反面、同位体効果により脂中央付近で分裂幅が最大、つまり揺らぎが最も小質そのものの物理化学的な性質が変化すること（実さくなっている。これはコレステロールの硬い環構

22

図 3 SM 膜の 2H NMR 測定（a） H NMR スペクトルの模式図。四極子分裂幅（Δν）から、膜中でのアルキル鎖の揺らぎの程度を見積もることができる。
アルキル鎖の揺らぎがない場合も膜中での脂質の回転運動が存在するため、Δνの最大値は 64 kHz 程度になる。
（b）合成した重水素標識化 SM。赤字部分の水素を重水素に位置選択的に置換した 19 種類の同位体異性体を合成した。
（c）スフィンゴ
シン鎖（上段）およびアシル鎖（下段）の四極子分裂プロファイル。SM のみの膜からのデータを青で、SM-コレステロール（1：1）膜由来の値を赤で示した。横軸は標識位置（b 参照）。
2

NMR 2017 8巻

挙動を得るために、 H NMR 測定を行った。重水2

日本核磁気共鳴学会化したものと考えられる。しかし、上述のように図BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

造がアルキル鎖の中央部付近に存在し、アルキル

SM アミドの配向解析 13［］

鎖の揺らぎを効果的に抑制していることを示してい次に筆者らは、SM が膜中に存在する際のアミドる。また、コレステロールの影響はスフィンゴシン

部分の配向解析を行った。SM のような脂質分子は鎖とアシル鎖どちらも差がないことから、コレステ

膜中で回転拡散をしている。したがって、アミド部

ロールがどちらかの鎖と特異的に相互作用している分もある回転軸周りに揺らぎを伴いながら回転してことは示唆されなかった。繰り返しになるが、この。揺らぎは一般的
るとみなすことができる（図 5a）ように四極子分裂の正確な帰属は全重水素標識体に秩序パラメータS で評価することができる。このでは不可能であり、本研究のような部位選択的か

秩序パラメータSは 1 から 0 の値を取り、1 の時は回

つ網羅的な重水素標識によってはじめて可能とな

転軸の揺らぎが全くないことを意味し、1 から小さる。このように、筆者らの手法は脂質の局所的な動

くなるにつれて揺らぎが大きくなる。ただし、この的挙動を正確に捉えることができることから、この秩序パラメータSは、回転軸方向に対する揺らぎ角

手法を「脂質分子モーションキャプチャー」と名付がガウス分布していることを仮定している。

。

けた

少々前置きが長くなったが、要するにアミド部分［10］

次に、アシル鎖長がほぼ同じホスファチジルコリの膜中での配向解析を行う際には、アミド平面にン（phosphatidylcholine, PC）でも同様に位置選択

対する回転軸の方向と秩序パラメータSを求めれば的な重水素標識体を合成し、 H NMR 測定を行っよいことになる。これらの値を求めるため、筆者ら。四極子分裂幅の SM との比較など詳細な解は固体 NMR 測定から得られる化学シフト異方性と析を行ったが、ここでは四極子分裂の温度依存性。そこ
双極子結合定数を用いることとした（図 5a）の比較について紹介する。図 4 に示すように、PC-

で、固体 NMR 測定用に SM アミド部分に C や N

コレステロール膜に比べて SM - コレステロール膜を導入した標識体（図 5b）の合成を行った。合成のの方が四極子分裂の温度依存性が小さいことがわ

詳細は割愛するが、タンパクやペプチドの標識体のかった。これは、SM アルキル鎖が温度の影響を相合成と異なり N 標識セリンから SM を全合成する

対的に受けにくいことを意味している。生体膜の恒必要があるため、実験的には固体 NMR 測定よりも常性維持という観点から考えると、周囲の温度変化

手間も時間もかかったことは言うまでもない。

2

た

［12］

13

15

15

による物性変化の大きい PC - コレステロール膜より

これらの標識体を用いて、上述の H NMR 測定

も物性変化の小さい SM - コレステロール膜の方が同様に SM のみの膜、および SM - コレステロール

有利であり、これが脂質ラフトにおいて PC よりも（1：1）膜を調製し、2 種類の測定を行った。まずSM が用いられている要因の一つではないかと考えはマジック角回転の周波数を 1 kHz 以下にすることている。

で、化学シフト異方性を完全に消さずにスピニン

2

グサイドバンドとして C および N シグナルを観
13

15

解
説
図 4 PC と SM の四極子分裂幅の比較

全体に SM 膜の四極子分裂の方が温度の影響が小さいが、コレステロール含有量が小さくなるとその差がより顕著になる。

12

13

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日本核磁気共鳴学会
NMR 2017 8巻

図 5 SM アミド部分の脂質膜中での配向解析（a）SM の膜中での回転拡散とそれに伴うアミド平面の回転。アミドの配向は回転軸方向と揺らぎを表す秩序パラメータ S に
よって定義でき、それらは化学シフト異方性と分子内双極子結合の解析によって求めることができる。
（b）固体 NMR 測定に131513用いた 13C-15N 二重標識 SM。
（c）1ʼ- C-2- N-SM を水和して調製した脂質膜の C CP-MAS スペクトル。MAS を 600 Hzにすることでスピニングサイドバンドを観測した。赤線は SIMPSON によるシミュレーション。このようにして化学シフトの異方性パラメータを決定した。
（d）1ʼ-13C-2-15N-SM で調製した膜に対し C-N REDOR 測定を行い、分子内双極子結合定数を決定した。

察した。このスピニングサイドバンドのパターン

DC2 –N,）は、αとβおよび秩序パラメータSを用いてを固体 NMR 用スペクトルシミュレーションソフ

計算することができる。例えば、C1 の異方性パラ

ト SIMPSON

によるスペクトルと比較すること［14］

で、アミドの C1 および N の化学シフト異方性を。ただし、上述のようにアミドは求めた（図 5c）
膜中で回転しているので、化学シフト異方性の主メータの計算値ΔδC1 は以下の式となる。
Calc

ΔδC1 ＝S× [δ33(3cos β−1) ＋δ11(3sin α sin β−1)
Calc

2

2

2

＋δ22(3sin β cos α−1)]/2
2

2

値はδ11 , δ22 , δ33 ではなくδ// とδ┴で表され、異方式中のδ11 、
δ22 、δ33 は粉末状態の C1 の主値であ性パラメータとしてΔδ＝δ// −δ┴を導入した。こり、実験的に決定できる。ここで、すべての実測値のようにして、アミドの C1 および N の 2 種類のを再現するようなα、β、Sを決めれば、アミドの異方性パラメータ（ΔδC1 とΔδN）を取得した。ま回転軸方向と揺らぎを決定できたことになる。そこ

た、 C - N 二重標識 SM（図 5b）を用いて REDOR

で、以下の RMSD（root mean square deviation）を（rotational echo double resonance）測定

導入した。

13

15

を行う

［15］

ことで、C1 -N 間および C2 -N 間の分子内双極子結。
合定数（DC1 –N とDC2 –N,）を決定した（図 5d）
一方、C1 の主軸（δ11 , δ22 , δ33 軸）方向を分子座標として用いることで、回転軸方向をαとβの極

図 6b には、SM 膜および SM - コレステロール膜。この際、主軸方
座標で表すことができる（図 6a）について RMSD の等高線プロットを示している。

向は実験的に取得することが困難なため、量子化

この図から RMSD が最小になるα、β、および Sを学計算ソフト Gaussian の GIAO（Gauge Including

求めた。図 6c にはこのようにして得られた SM アミ

Atomic Orbital）法

によって求めた。こうして回ドの配向を示している。この図の SM のアミド近傍

転軸方向を定義すると、上記の異方性パラメータの配座は、上述のバイセルから求めた配座を使用（ΔδC1 とΔδN）と分子内双極子結合定数（DC1 –N とした。この結果から、コレステロールの有無でアミ［16］

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8ドの回転軸方向はほとんど変化しないことがわかっ

アミド近傍の配座を決定した。またこの部分のた。例えば SM アミド部分がコレステロールの OH

配座変化は有意でないことが示唆された。

基と水素結合を形成すると、アミドに何らかの配向

2. 2H NMR 測定から、コレステロールは SM アルキ

変化が起こると予想されるが、本研究からはそのよ

ル鎖の中央付近に存在し、その部分の揺らぎをうな配向変化は示唆されなかった。一方で、秩序抑制している。一方、コレステロールのスフィ

パラメータSはコレステロールが存在すると顕著にンゴシン鎖もしくはアシル鎖への特異的相互作

大きくなっており、揺らぎが小さくなっていること

用は観察されなかった。また、PC 膜との比較がわかる。さらに興味深いことに、SM のアミドは、により、SM - コレステロール膜は PC- コレステ

図 6c に模式的に示すように、隣接する SM のアミ

ロールより温度依存性が低いことが分かった。

ド間で水素結合を作りやすい配向をしていることが

3. SM アミドの配向解析から、アミドの回転軸方わかった。

向はコレステロールの影響を受けないことがわかった。一方、アミドの揺らぎはコレステロール

ラフト形成のモデル
以上の結果をまとめると、

1. SM バイセルを用いた配座解析によって、SM のの存在によって顕著に抑制された。
また、隣接する SM のアミド間での分子間水素結合形成が示唆された。
これらの結果から、図 7 のようなラフト形成モデ
ルを提唱した。コレステロールの存在しない［10, 12, 13］

SM 膜の Ld 相では、SM アルキル鎖は大きな揺らぎを伴う運動をしている。したがって、アミド間での分子間水素結合形成も限定的であり、アミドの揺らぎも大きい。一方、コレステロールが存在すると、アルキル鎖中央部分付近に硬いステロイド骨格が位置し、この部分の揺らぎを効果的に抑制する。これによって SM アルキル鎖間の van der Waals 相互作用が増加し、それに協奏して SM アミド間の水素結合の形成も促進される。このようにして SM 分子
間で水素結合のネットワーク（クラスター）が形成され、温度依存性の小さい熱的に安定なラフトが形成される。またこの分子間水素結合がアミドの揺らぎを抑えたと考えらえれる。このモデルでは、分子間水素結合した SM 間にコレステロールの入る空間がないため、コレステロールが接着剤のように SM同士を結びつけるわけではない。つまり、コレステ
ロールはアミド間の水素結合形成に直接関与しているわけではなく、SM 分子の土台であるアルキル鎖の秩序性を高めることで間接的にアミド間の分子間
水素結合を促進している、という考え方である。したがって、SM とコレステロールの直接的な相互作用でラフト形成を説明している従来のモデル とは
［7］

解
説

図 6 SM アミド部分の脂質膜中での配向決定（a）C1ʼ の主軸方向を分子座標として、回転軸方向を極座
標αとβで定義できる。
（b）RMSD の等高線プロット。こ
こから最も小さな RMSD を与えるα、β、S を決定した。
秩序パラメータ S は SM 膜で 0.67、SM -コレステロール膜（c）解析から得られた回転軸方向。こで 0.84 と求まった。
の軸周りに SM は膜中で回転拡散をしている。SM の配座は図 2 の結果を用いた。回転軸方向はコレステロールの有無で変化しなかった。緑破線は、隣接する SM のアミドとの分子間水素結合を示す。

14

明確に異なっている。

展開と今後の展望
脂質膜の動的挙動は、実験データの取得が困難なため主に分子動力学（molecular dynamics, MD）
シミュレーションによって議論されることが多かった。しかし、実験的に計算の妥当性を評価できな

15

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日本核磁気共鳴学会

2
図 8 SM- 不飽和リン脂質 - コレステロール（1：1：1）3 成分膜における H NMR（a）Lo と Ld それぞれのドメインに存在する SM 由来の四極子分裂が 2 組観測された。
（b）Lo および Ld ドメイン中での SMの四極子分裂プロファイル。不飽和リン脂質として、DOPC（dioleoylphosphatidylcholine）を用いた。

いというのが現状であった。実際、SM 膜の MD 計

定は古典的な手法であるが、選択的標識化技術と算は数多くされてきたが、報告されたアルキル鎖部

組み合わせることで、複雑な脂質膜においても有用分の秩序パラメータプロファイルは、本研究の H

な動的情報を得ることができる。今後は人工脂質

NMR 測定からのそれといずれも異なっていた。最膜だけでなく細胞膜に標識脂質を導入し、生体膜近、本研究の H NMR データを再現すべく SM の力

中での脂質の動的挙動の観測を目指すことになる。

、MD 計算の精度向ただし、重水素よりも高感度かつ低バックグランド

2

2

場パラメータの修正が行われ［17］

上につながっている。その計算では、やはり SM アのフッ素で標識した脂質の動的挙動解析法

ミド間の分子間水素結合の重要性が示されている。

NMR 観測可能な試料量の生体膜への導入法を開発

また、本稿では SM 膜および SM - コレステロー

や、

［20］

していく必要があるだろう。

ル膜について記述したが、3 成分脂質膜やそれ以上。これら

複雑な脂質膜での検討も行っている［18, 19］謝 辞の膜では、Lo ドメインと Ld ドメインの相分離が観

筆者が学生時代から長年にわたりご助言、ご指測されるので、より生体膜に近い系と言える。例

導を頂き、本研究の遂行に関して多大なるご支援

えば SM - 不飽和リン脂質 - コレステロールの 3 成分を頂きました大阪大学村田道雄教授に感謝申し上

膜で重水素化 SM の H NMR を測定したところ、2げます。また、標識脂質の合成や NMR 測定は、九組の四極子分裂が観測された（図 8a） 。大きな

州大学大石徹教授、大阪大学土川博史博士、山口

分裂幅は Lo ドメインに存在する SM 由来、小さな敏幸博士、安田智一博士をはじめ多くのスタッフ

分裂幅は Ld ドメインに存在する SM 由来と帰属でならびに学生諸氏の多大なるご尽力のもとに行わき、ドメイン特異的な四極子分裂プロファイルが得れました。ここに深く感謝いたします。最後に本。このように、脂質膜の H NMR 測られた（図 8b）稿の執筆の機会を与えて頂きました北海道大学福

2

［18］

2

NMR 2017 8巻

図 7 ラフト形成モデル（a）SM の灰色部分は（b, c）のモデルでは省略している。
（b）SM 膜の模式図。
（c）SM -コレステロール膜の模式図。黄色い分子はコレステロールを示す。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

士江里博士ならびに防衛大学浅野敦志教授に感謝いたします。
引用文献［1］ Matsumori, N., Kaneno, D., Murata, M., Nakamura,H., and Tachibana, K. (1999) Stereochemical determination of acyclic structures based on carbon –proton spin-coupling constants. A method of configuration analysis for natural products. J. Org. Chem.
64, 866-876.
［2］ Matsumori, N., Tahara, K., Yamamoto, H., Morooka, A., Doi, M., Oishi, T., and Murata M. (2009)
Direct interaction between amphotericin B andergosterol in lipid bilayers as revealed by 2H NMR
spectroscopy. J. Am. Chem. Soc. 131, 11855-11860;
Umegawa, Y., Nakagawa, Y., Tahara, K., Tsuchikawa, H., Matsumori, N., Oishi, T., and Murata, M.
(2012) Head-to-tail interaction between amphotericin B and ergosterol occurs in hydrated phospholipid membrane. Biochemistry 51, 83-89; Nakagawa,Y., Umegawa, Y., Matsushita, N., Yamamoto, T.,
Tsuchikawa, H., Hanashima, S., Oishi, T., Matsumori, N., and Murata, M. (2016) The structure of
the bimolecular complex between amphotericin B
and ergosterol in membranes is stabilized by faceto-face van der Waals interaction with their rigid cyclic cores. Biochemistry 55, 3392-3402; Espiritu, R.A.,
Matsumori, N., Tsuda, M., and Murata, M. (2014)
Direct and stereospecific interaction of amphidinol
3 with sterol in lipid bilayers. Biochemistry 53, 32873293.
［3］ Singer, S.J., and Nicolson, G.L. (1972) The fluidmosaic model of the structure of cell membranes.
Science 75, 720-731.
［4］ Sankaram, M.B., and Thompson, T.E. (1990) Interaction of cholesterol with various glycerophospholipids and sphingomyelin. Biochemistry 29, 10670 10675.
［5］ Simons, K., and Ikonen, E. (1997) Functional rafts
in cell membranes. Nature 387, 569-572.
［6］ Lingwood, D., and Simons, K. (2010) Lipid rafts as amembrane-organizing principle. Science 327, 46-50.
［7］ Silvius, J. R. (2003) Role of cholesterol in lipid raftformation: lessons from lipid model systems. Biochim. Biophys. Acta 1610, 174-183.
［8］ Yamaguchi, T., Suzuki, T., Yasuda, T., Oishi, T., Matsumori, N., and Murata, M. (2012) NMR-based conformational analysis of sphingomyelin in bicelles.
Bioorg. Med. Chem. 20, 270-278.
［9］ Matsumori, N., and Murata, M. (2010) 3D struc-tures of membrane-associated small molecules as
determined in isotropic bicelles. Nat. Prod. Rep. 27,
1480-1492.
［10］Matsumori, N., Yasuda, T., Okazaki, H., Suzuki, T.,
Yamaguchi, T., Tsuchikawa, H., Doi, M., Oishi, T.,
and Murata, M. (2012) Comprehensive molecularmotion capture for sphingomyelin by site-specificdeuterium labeling. Biochemistry 51, 8363-8370.
［11］Bartels, T., Lankalapalli, R.S., Bittman, R., Beyer, K.,
and Brown, M.F. (2008) Raftlike mixtures of sphingomyelin and cholesterol investigated by solidstate 2H NMR spectroscopy. J. Am. Chem. Soc. 130,
14521-14532.
［12］Yasuda, T., Kinoshita, M., Murata, M., and Matsumori, N. (2014) Detailed comparison of deuterium
quadrupole profiles between sphingomyelin andphosphatidylcholine bilayers. Biophys. J. 106, 631638.
［13］Matsumori, N., Yamaguchi, T., Maeta, Y., and Murata, M. (2015) Orientation and order of the amidegroup of sphingomyelin in bilayers determined bysolid-state NMR. Biophys. J. 108, 2816-2824.
［14］Bak, M., Rasmussen, J. T. and Nielsen, N. C. (2000)
SIMPSON: a general simulation program for solidstate NMR spectroscopy. J. Magn. Reson. 147, 296330.
［15］Gullion, T., and Schaefer. J. (1989) Rotational-echodouble-resonance NMR. J. Magn. Reson. 81, 196 200.
［16］Ditchfield, R. (1974) Self-consistent perturbation
theory of diamagnetism 1. A gauge-invariant LCAO
method for NMR chemical shifts. Mol. Phys. 27,
789-807.
［17］MacKerell, Jr.A,D., Pastor, R.W., and Klauda, J.B.
(2014) CHARMM all-atom additive force field forsphingomyelin: Elucidation of hydrogen bonding
and of positive curvature. Biophys. J. 107, 134-145.
［18］Yasuda, T., Tsuchikawa, H., Murata, M., and Matsumori, N. (2015) Deuterium NMR of raft model
membranes reveals domain-specific order profiles
and compositional distribution. Biophys. J . 108,2502-2506.
［19］Engberg, O., Yasuda, T., Hautala, V., Matsumori, N.,
Nyholm, T.K.M., Murata, M., Slotte, J.P. (2016) Lipid interactions and organization in complex bilayer
membranes. Biophys. J. 110, 1563-1573.
［20］Matsumori, N., Kasai, Y., Oishi, T., Murata, M.,
and Nomura, K. (2008) Orientation of fluorinatedcholesterol in lipid bilayers analyzed by F-19 tensor
calculation and solid-state NMR. J. Am. Chem. Soc.
130, 4757-4766.

松森 信明（まつもり・のぶあき）

1992 年

東京大学理学部化学科卒業

1997 年

東京大学大学院理学系研究科化学専攻博士課程修了（橘和夫教授）

1997 〜 1999 年

解説1999 〜 2010 年

大阪大学大学院理学研究科化学専攻助手、助教（村田道雄教授）

2000 〜 2001 年

MIT 化学科在外研究員（Robert. G. Griffin 教授）

2010 〜 2014 年

大阪大学大学院理学研究科化学専攻准教授（村田道雄教授）

2014 年

16東京大学大学院農学生命科学研究科生命工学専攻博士研究員（堀之内末治教授）

九州大学大学院理学研究院化学部門教授、現在に至る。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

解

17

説

（株）JEOL RESONANCE ソリューション・マーケティング部アプリケーショングループ

根本 暢明「主に受信系について− 分光計編」への序

うことを理解することは、初学者にとって相当難し

本 稿では NMR（Nuclear Magnetic Resonance；

いと思われる。さらに、プローブは共振回路とし

核磁気共鳴）のハードウエアについて述べる。今回て働いて、そのコイルに発生する電圧の時間変化のトピックは受信系の後半、プローブからあと、分を、（途中はさておき）最終的に ADC（Analogue to

光計での受信に関してである。前回までにプローブ

Digital Converter；アナログ・デジタル変換器）で。つまりユーザが発

デジタルデータにすることは理解できても、NMR

したスタート命令が分光計に伝わり、その信号がのデータは通常実部（Real）と虚部（Imaginary）か

分光計の中のシーケンサ、トランスミッタ、パワー

らなる複素数（complex）で表されることは、通常アンプなどを通るうちに変換され 、最終的にプの教科書に書かれているようで実はあまり丁寧な記ローブに到達するところまでである 。実はこれは述がなく、典型的な NMR の初学者の理解の範囲をNMR における電磁波の旅の片道に過ぎない。つま遙かに超越していると思われる。また、最近市販

り、プローブに到達した電磁波は静磁場 B0 中で（パされている NMR 装置ではデジタルフィルタを利用

ルス NMR では時間変動）磁場 B1 を発生させ、磁気することが当たり前になっているが、NMR の教科

共鳴現象が発生するわけで、信号を今度はプロー

書におけるオーバーサンプリングとデジタルフィル

ブから受信系へ渡さないといけない。言い方を換え

タに関する記述は、筆者に言わせれば、嘘ではな

ると、プローブは送信系と受信系の折り返し地点といが全く本質を突いてないと思う。この項ではそういうことができる。したがって、本稿では、折り返いった点に触れたいと考える。

に至る経路に関して述べた［1, 2］［1］［2］

し地点を過ぎ、その先について述べることになる。

2. NMR 分光計における受信系（分光器）

2-1 受信系のオーバービュー
図 1 に、 プ ロ ー ブ か ら ADC ま で の NMR 受 信

おそらく多くの NMR 初学者にとって、NMR の系に関するブロックダイアグラムを示す。プロー

ハードウエアにおいて最も理解が困難な項目の一つ

ブ で 得 た NMR 信 号 は、 デ ュ プ レ ク サ（T/R ス

が、この受信系であると思われる。NMR の信号受イッチ）を経て、プリアンプ（前置増幅器）で増幅信としてやっていることは、基本的に AM ラジオとされる。その後、シンセイサイザ（FSY）と局発

そんなに大きな違いがないはずなのだが、そもそも（Local）がミキサで混合され、周波数が中間周波

普通の高等学校の物理の教科書や大学の一般教養

数（Intermediate Frequency；IF）付近に変更され課程の物理学の授業で、最近はあまり AM ラジオのる。その後、バンドパスフィルタ（別名、帯域通過

構造と機能について触れられることはない。

フィルタ；Band- Pass Filter；BPF）で IF 近傍の信

例えば、600 MHz（ H の共鳴周波数）の装置で号以外を除去する。その後は、アナログ直交検波

H-NMR スペクトルを測定するときに、信号が概ね（Analog Quadrature Detection；AQD）の 場 合 と

0 〜 15 ppm に分布することは理解でき（これは物理

デジタル直交検波（Digital Quadrature Detection；

現象だからしょうがない）、そのスペクトル幅を Hz

DQD）の場合で回路が異なっている。図 1A で示すに換算すると 9,000 Hz であることは初学者にも簡単ように AQD の場合、スプリッタで 2 系統に、そのに理解できよう。しかし、スペクトル幅を 9,000 Hz

後 Real 信号と Imaginary 信号になる。これら 2 系として、なぜ興味のある部分だけの信号を取り込

統の信号はそれぞれ、別個のミキサにおいて、位むことができるのか（さらに言えば、それらが 0 Hz

相が互いに 90 °異なるリファレンス周波数と混合（直流、DC）から 9,000 Hz までになるのか）、といされ、オーディオフィルタつまり低域通過フィル

1

1

受領日：2017 年 8 月 31 日 受理日：2017 年 10 月 4 日 編集委員：浅川 直紀

NMR 2017 8巻

nnemoto@jeol.co.jp

日本核磁気共鳴学会

NMR のハードウエアに関するメモ
3. 主に受信系について−分光計編

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

タ（Low- Pass Filter；LPF）で高 域の信 号が除 去

中間周波数を経て最終的なオーディオ周波数の信された後、ADC でデジタル化され、その後のデジ号にするのであって、共鳴周波数（例えば 1H の共タル処理を経てメモリに積算される。他方、図 1B

鳴周波数 600 MHz）で信号を高速サンプリングしてに示したようにデジタル直交検波（DQD）の場合いるわけではない。数百 MHz の周波数の信号を高では、通常のアナログ直交検波で使用される ADC

速サンプリングして積算するようなメモリは高価すよりも高い周波数で動作する ADC を用いてより高ぎる（常軌を逸して高い）。この点に関しては是非

い周波数でデジタル化し、このデータに位相の 90°

理解して頂きたい。

異なる sin 波を掛けあわせた後、デジタル低域通以下、プローブから ADC への方向に向かって、

過 フ ィル タ（Digital Low-Pass Filter；D-LPF）を受信系でいったい何が起こっているかについて詳

使い、必要な信号を得る。こういった受信系を理述する。

解するにあたって、押さえておくと良い点が 2 つある。1 つ目は各部位において「どのように周波数が変わっていくか」であって、2 つ目は各部におい上述したように、通常、NMR 信号をその共鳴周て、信号が「どのように増幅されていくか」である。

波数で直接デジタルサンプリングすることはなく、

例えば 600 MHz（ H の共鳴周波数）の装置で、IF

NMR 信号から IF を経て、最終的にオーディオ周波が 10 MHz であるような装置を考えると、プローブ数まで周波数を落としてから ADC でデジタルサン

での周波数は当然 600 MHz であるが、これがアナプリングする検波自体（アナログ直交検波の場合）、

ログ直交検波の場合、最終的にオーディオ周波数

直交検波（Quadrature Detection）であることを除（ 可聴 周波数、〜 10 kHz 程度）にまで落ちてくる。

けば、基本的に AM ラジオの仕組みと一緒である。

また、プローブで数μV 程度しかない非常に微弱な

つまり、AM ラジオにおいては、アンテナが捕まえ

NMR 信号が ADC の手前では数 V にまで増幅されたアナウンサーの声や音楽といった音声信号が乗っている。勘違いして頂いては困るのだが、通常のた状態の搬送波（NHK 東京第一放送 JOAK の場合、NMR 測定においては、このように共鳴周波数から

周波数 594 kHz の電波）から、音声信号を取り出す

1

解
説
18

2-2 検波、特にアナログ直交検波

図 1 受信系のアウトライン。図中のようにプローブで得られた NMR 信号は、デュプレクサ、前置増幅器、と通過し、FSY（Frequency SYnthesizer；周波数シンセサイザ）からの局発周波数と混合される。
A）アナログ直交検波の場合、アナログ信号がスプリッタで 2 つに分けられ、2 つの位相の 90 °異なる、DDS からの周波数と混合される。その後オーディオフィルタを通り、2 つの ADC（Analog to Digital Converter；AD 変換器）でそれぞれ Real とImaginary のデジタルデータに変換される。リファレンス信号は 2 種類の位相の異なる信号を用いる。
B）デジタル直交検波の場合、中間周波数帯域へ変更されたのち、すぐデジタル信号へ変換される。リファレンス信号は１種類の位相の信号のみ混合される。ADC で取り込まれたデジタル信号（数列）に対し、位相の 90 °異なる数列を掛け合わせた
のち、デジタルローパスフィルタ（Digital - Low-Pass Filter；D-LPF（）これは数式）を作用させ、FID 信号を得る。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.819ことを検波と呼ぶが、これと全く同じことを NMR
日本核磁気共鳴学会の信号検出でも行う。ここでは、どのような形で周波数が落とされるのか、数学的に説明する（図 2 に受信系で登場する周波数の関係模式図を示す）。
ここでは緩和を無視し、カップリングもないと仮定して、NMR 信号を、簡単に、のように書くことができたとする＊ 1。ここで A 1 は強、ωc は化度、ω0 は周波数オフセット（中心周波数）学シフトによる中心周波数からのずれ、φ1 を位相とする。このとき、ωIF は中間周波数、ωLO は局発周
波数（＝シンセサイザの周波数）、ω0 には、
ω0 ＝ωLO −ωIFの関係がある 。プリアンプで増幅された信号は、＊2局発の周波数とミキサで混合され（実際は信号が乗算され）、その結果、三角関数の積和の公式から 、＊3

A2 ＝ sin ((ω0 ＋ωc ) t ＋φ1 ) × sin (ωLO t ＋φ2 )＝ sin ((ωLO −ωIF ＋ωc ) t ＋φ1 ) × sin (ωLO t ＋φ2 )＝− 1 [cos((2ωLO −ωIF ＋ωc ) t ＋φ1 ＋φ2 )￣2−cos((ωIF −ωc ) t −φ1 ＋φ2 )]であるから、これを BPF か LPF で上の式における前の第 1 項（つまり高周波成分）を除き、後ろの第2 項（つまり低周波成分）のみを通過させる（今、ω0

受信系で登場する周波数の関係模式図。1H の600 MHz スペクトルを、中間周波数（IF）10 MHz の装置で観測する場合、大まかな値は以下の通りである；
f c（化学シフトの周波数）～ 10 kHz, f IF（中間周波数）＝
10 MHz, f 0（オフセット周波数）～ 600 MHz, f LO（局発周波数）＝ 610 MHz である。
図2

A4R ＝ 1 cos ((ωIF −ωc ) t −φ1 ＋φ2 ) × cos (ωIF t ＋φ3 )￣
2＝− 1 [ cos ((2ωIF −ωc ) t −φ1 ＋φ2 ＋φ3 )￣
4＋ cos (ωc t ＋φ1 −φ2 ＋φ3 )]A4I ＝ 1 cos ((ωIF −ωc ) t −φ1 ＋φ2 ) × sin(ωIF t ＋φ3 )￣
21＝ [ sin ((2ωIF −ωc ) t −φ1 ＋φ2 ＋φ3 )￣
4− sin (ωc t ＋φ1 −φ2 ＋φ3 )]となる。さらにそれぞれ LPF を通過させると高周波成分が消え、結果として、
A R ＝− 1 [cos (ωc t ＋φ1 −φ2 ＋φ3 )]￣
4とωLO はほぼ同じで、例えば 600 MHz と 610 MHz

およびであって、ωc はそれに比べはるかに小さい、例え

A I ＝− 1 [ sin (ωc t ＋φ1 −φ2 ＋φ3 )]￣
4。そうすると、BPF ないしば 10 kHz 程度である）

LPF 通過後の信号は第 1 項がフィルタで除去されとなり、位相の 90°
異なる信号を得ることができたて第 2 項のみとなり、下の式のように表すことがで（筆者注：このあたり登場するのは三角関数の積和

きよう。

の公式、cos（−x）＝ cos x , sin（− x）＝− sin x 、あA3 ＝ 1 cos ((ωIF −ωc ) t −φ1 ＋φ2 )￣
2と BPF や LPF による不要成分の消去ぐらいなので、初学者の皆さんは是非一度ご自分でチェックして欲である。次に AQD の場合、引き続いて中間周波数

しい）。これを別々の ADC で信号をデジタルデータ

を掛け算する。その際、信号をスプリッタで 2 系統にし、それぞれを Real（実部）と Imaginary（虚部）にわけ、位相の 90 °異なる中間周波数と掛け算すのデータとして、その後複素フーリエ変換に使用する。

る。このような検波方法を直交検波（Quadrature
Detection）、あ え て い うとア ナ ロ グ 直 交 検 波（Analog Quadrature Detection；AQD）と呼ぶ。

もちろん、ω＝ 2πf であるが、便宜上ここでは角速度
ωを周波数と記述していくことをご了承頂きたい。読者はω を図中の f と読み替えてください。
＊2
理屈の上では、ω0 ＝ωLO ＋ωIF でもよいのだが、低い
ω0 を出すためにω0 ＝ωLO −ωIF とすることが多い。
1＊3sinα× sin β＝−￣ {cos(α＋β) − cos(α−β)}2＊12-3 デジタルフィルタ：ちょっとソフトウエアに脱線
ここでは、必要な周波数成分のみを得たり排除したりするために使用されるフィルタの内、デジタルフィルタについて述べる。デジタルフィルタとは、
時間変化するデジタルデータ（＝数列）から不必要

NMR 2017 8巻

A1 ＝ sin ((ω0 ＋ωc ) t ＋φ1 )BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8な周波数成分の信号を捨て、必要な周波数成分のResponse；無限インパルス応答）型のデジタルフィ

信号を得るための計算方式であって、ソフトウエア

ルタというものも存在する。表 2 に FIR 型デジタルプログラムが実態である。

フィルタと IIR 型デジタルフィルタの比較を示す。

NMR のデータ処理でデジタルフィルタを使用

IIR 型デジタルフィルタには、遅延が小さく、少なする場合、通常は LPF として使用する。主な目的

い段数で比較的良好な特性が得られる、またアナ

は、1）オーバーサンプリングしたデータに対して

ログフィルタとの類似性があるなど御利益も多いの

D-LPF を作用させ、折り返しノイズを低減させ、スだが、直線位相特性がないため、NMR の受信系でペクトルの SN 比を改善することと、2）後述するデ使用するとスペクトルの位相がメチャクチャになっジタル直交検波における高調波の不要成分除去でてしまう。そのため、使用されることがほとんどなある。

いので、ここでは FIR 型デジタルフィルタについてのみ取り扱うこととする。デジタルフィルタにおいところで、時間変化するデータ点をて、フィルタ係数 h k の与え方で、フィルタの特性

x ＝（x 1 , x 2 , …, x n ）→が変化し、送信系のところで述べた４種類のフィルとす る（NMR 的 には、x 1 , x 2 が 生 FID の 1 点目、2

［1］
タ 、すなわち、LPF（Low- Pass Filter；低域通過

点目、というイメージを持って頂きたい）
。ｎより小

フィルタ）
、HPF（High- Pass Filter；高域通過フィ

さいｋを用いた数列が存在して、ルタ）、BPF（Band- Pass Filter；帯域通過フィルタ）、BRF（Band- Rejection Filter；帯域阻 止フィ→

h＝（h1 , h2 , …, hk ）ルタ） の４種類を作製することができる。詳しく＊4であるとき、は他書

ここで、デジタルフィルタリングの身近な例としn∑ x ・h ただし x ＝ 0（ i ＜ 0）

x n＝

n−k

を参照していただきたい。

［3, 4］kて図 3 に株価チャートを示す。株価チャートに見iられる 13 週移動平均線、26 週移動平均線も一種

k＝ 0

で 示 さ れ る よ う な、x → x ’ 変 換 を FIR（Finiteのデジタルフィルタリングされた結果であり、日々

Impulse Response；有限インパルス応答）型のデの株価の細かい変動（つまり高い周波数成分）を除

ジタルフィルタと呼び、h k をフィルタ係数、kをき、長いスパンでの株価の変動（つまり低い周波数

タップ数（タップ段数ともいう）。実は FIR 型のデ成分）を抽出する。この結果、株価が長い目でみたジ タ ル フィル タ 以 外 に も、IIR（Infinite Impulse

ときに上昇傾向にあるのか、下降傾向にあるのかが→→

表 1 受信系の各部位における周波数の例と大まかな電圧＊
場 所

周波数

電 圧

プリアンプ前

観測周波数

600 MHz

数μV 程度プリアンプ後

観測周波数

600 MHz

数百μV 程度

BPF 後

中間周波数

10 MHz

数百 mV 程度

オーディオ周波数

10 kHz

数 V 程度

オーディオフィルタ後＊

600 MHz（ H）で中間周波数が 10 MHz、局発周波数が 610 MHz であるような装置における例
1

表 2 FIR 型フィルタと IIR 型フィルタの特徴比較

FIR 型

解
説
20

IIR 型

インパルス応答

有限長

無限長

構 造

非再帰型

再帰型

安定性

常に安定

場合によっては不安定

直線位相特性の実現

実現可能

実現不可能

回路規模

高性能なものは大

一般に小

遅 延

高性能なものは大

一般に小

21

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

日本核磁気共鳴学会

わかる。また、株価の前日比は、ごく短期間の株価もタップ段数の多いデジタルフィルタを使用していの上昇下降（つまり高い周波数成分）を判断する材る）。これは、デジタルフィルタによる遅延であっ料であり、これらも広義にはデジタルフィルタの一て、この遅延時間にスペクトル幅をかけ算したもの種と言って良い。FIR 型フィルタにおいて、k日分がタップ段数である。この遅延以外は、二つの FIDの株価（株の世界では終値が使用される）の平均との形は非常に良く似ていることがお分かりいただけ

して考えると、フィルタ係数は非常に簡単で、kのると思う。これら 2 セットの FID をフーリエ変換し、h k ＝ 1 ⁄ kであ
値に寄らず（kは k ≥ 2 を満たす整数）

たものを図 6 に示す。デジタルフィルタを使用する

る。また前日の終値との比較では、二日分の差であ・しない（A, D）で、信号強度にはほとんど差（B, E）

るから、x n ＝ x n − x n− 1 であり、k＝ 2 で h 2 ＝ 1 およ異が見られなかったが、（このケースでは）64 倍オー

び h 1 ＝− 1 となる 。

バーサンプリングとダウンサンプリングでノイズが＊5

図 4 に、FIR 型デジタルフィルタによる高周波成分除去の例を示す。この場合、FIR 型デジタルフィ
ルタとして、49 段からなるデジタルフィルタを作製し、三つの周波数の異なる信号に見立てた数列に劇的に減少した（デジタルフィルタそのものは E と Fを見る限りノイズにさほど影響を与えない） 。
＊6

2-4 デジタル直交検波作用させた。そうすると、一番細かい波形であると上述したアナログ直交検波には、いくつかのシリ

ころの、最も周波数の高い成分が消え、残りの 2 つ

アスな問題点があり、この検波方法は後述するデジの低い周波数成分のみが残った。このように、時系

タル直交検波に順次置き換わっている。中間周波列のデータにフィルタ係数をかけ算・足し算するこ

数近辺に落ちてきた NMR 信号に対し、位相の異なとで欲しい周波数成分を得ることができる。

る中間周波数をミキシング（乗算）するのだが、こ実際の NMR の FID データにデジタルフィルタをの時、二つの中間周波数の位相が非常に正確に 90°作用させてみると、図 5 のようになる。ここで、上ずれている必要があり、またその強度も非常に正確の段がスペクトル幅 10 kHz で測定した FID で、下に同一でないといけない。ここが正確でないと、スの段が 64 倍オーバーサンプリングした（つまりスペクトル幅 640 kHz で測定した）FID にデジタルフィ
ルタを作用させた後、ダウンサンプリング（デシメーションともいう）して、上の図と同じスペクトル幅にしたものである。両者を見ると、上の FID は、
おそらく多くの人に見慣れた FID であって、FID の先頭からデータが始まっているのに対し、下の FID

BEF（Band Elimination Filter）、ノッチフィルタ（Notch
Filter）ともいう。
＊5
テレビのニュースの最後に流れる株価のニュースを見たら、デジタルフィルタのことを思い出して欲しい。
＊4＊6

ただし、ここに示したデータは 2005 年に測定したものであって、最近のデジタル直交検波での測定、つまりオーバーサンプリングを前提とした装置で試したとこは、約 8 ms の遅延時間後 FID が始まっている（ころ、当たり前といえば当たり前だが、ここまで大きなこでは遅延の様子がよく分かるように、通常より。
差が生じなかった（data not shown）

NMR 2017 8巻

図 3 株価推移の例。実線が 13 週移動平均線、点線が 26 週移動平均線：週ごとの終値を 13 週分あるいは 26 週分平［5］均した。その他の「ローソク足」については他所を参照されたい 。

BULLETIN
OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8
1.2

A)

1.2

1.2

0
1
0
1

0
1

-1.2
-1.2

B)

30

-1.2

30

30

0
1
0
1

0
1

-30

A）周波数比がそれぞれ 100：10：2 の正弦波を足しあわ
図 4 FIR 型デジタルフィルタによる高周波成分除去の例。
-30せた波形。B）A の波形に 49 段からなる FIR 型デジタルフィルタを作用させた場合の波形。
-30

A)

1.0

2.0

3.0 4.0

5.0

6. 0

7. 0

8.0

9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0

6. 0

7. 0

8.0

9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0

X : m illisec ond s : 1H
1.0

2.0

3.0 4.0

5.0

X : m illisec ond s : 1H

1.0

B)

2.0

3.0 4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0

X : m illisec ond s : 1H

1.0

2.0

3.0 4.0

5.0

6. 0

7. 0

8.0

9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0

6. 0

7. 0

8.0

9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0

X : m illisec ond s : 1H
1.0

2.0

3.0 4.0

5.0

X : m illisec ond s : 1H

解
1.0

説
22

2. 0

3.0 4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.0 22.0 23.0 24.0 25.0 26.0 27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 34.0 35.0 36.0 37.0 38.0 39.0 40.0

X : m illisec ond s : 1H

図 5 水 H2O の 1H- 単一パルス実験の FID 信号。周波数オフセットを 4.0 ppm にして測定した。Ａ）デジタルフィルタ。Ｂ）デジタルフィルタあり（観測幅 640 kHz のものをデジタルフィルタ通過後 1/64 ダウなし（スペクトル幅 10 kHz）
ンサンプリング）。遅延の様子がよく分かるように、通常より遅延が起こるよう「脚色」してある。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

う。さらに、この方法では ADC を 2 セット使用する

トでオーバーサンプリングする。つまり高い周波数ため、それらの間の取り込みゲインがずれていれば成分を含むデジタルデータとし、数列のかけ算と同様に折り返しイメージが発生し、また 0V 基準オ

異なる周波数成分をかけ算し、デジして位相の 90°

フセットが同一でないとスペクトルのキャリア周波

タルの LPF を使用して、オーディオ周波数領域の数（中心周波数）の場所に「センターグリッチ」と呼異なる周波数信号を得る。かけ算をする位相の 90°

ぶアーティファクトが出現する。
「折り返しイメー

成分はソフトウエアで作成されるため、必ず同じ強ジ」、「センターグリッチ」、どちらのアーティファ

位相がずれた状態にすることがで度、きっちり 90°

クトも、単一パルス実験の場合では、RF パルスときる。したがって、上述の FSQD のようなアプロー

、180°
、90°
、270°
を 1 組とした
受信器の位相を 0°

チをせずとも、センターグリッチ、折り返しイメー

位相サイクルを実行すると、通常は比較的簡単に

ジのないスペクトルを得ることができる。

消える。しかし、タンパク質の溶液多次元測定な

ここまで受信系についていろいろ述べてきた。

どの場合、間接測定軸側のデータポイント数を稼

オーバーサンプリング、デジタルフィルタ、デジタ

ぐために、極端なケースでは積算回数 2 回というの

ル直交検波というのは本来一緒に議論されなけれも珍しくなく、このアーティファクト消去のためのばいけない。言い方を変えれば、デジタル直交検

位相サイクルを実行することができない場合も少な波の利点を最大限活用するために、オーバーサン

くない。また加えて、測定の感度やダイナミックレ

プリングなりデジタルフィルタが必要なのであるとンジが要求されるときには、この問題は深刻になる

言って、おそらく差し支えない。デジタルフィルタ

場合がある。そういった場合、FSQD（Frequency

が商用機に実装された当初、このデジタルフィルタ

Shifted Quadrature Detection、周波数シフト直交で感度が上がったなどという議論が盛んになされて検出）を使用すると良いかもしれない。

いたが、実は陰にこういった問題が隠れていたこと

ところで、アナログ直交検波は、図 1A で示した最終段の周波数ミキシング、つまり、中間周波数近辺のベースバンドからオーディオ周波数領域へミッは意外と議論されてこなかった。

2-5 位相補正異なる中間周波数とクスダウンする際に位相の 90°

NMR の一次元スペクトルを測定した際に、0 次かけ算し、それぞれをアナログの LPF を通過させ（周波数と無関係）の位相補正（以下 p0）と 1 次（周た後 ADC でデジタル化していた。これに対し、デ波数と比例する）の位相補正（以下 p1）をすること

図 6 水 H2O の 1H- 単一パルス実験のスペクトル。図 5 の FID データをフーリエ変換した。Ａ）および D）は図 5A のFID（デジタルフィルタなしの状況で観測幅 10 kHz）から得られた。Ｂ）および E）は図 5B の FID（デジタルフィルタ
あり、観測幅 640 kHz でデジタルフィルタ通過後 1/64 ダウンサンプリング）から得られた。Ｃ）およびＦ）は図 5B のFID を用いたが、デジタルフィルタを通していない（観測幅 640 kHz のまま）。A）～ C）および D）～ F）はそれぞれ同～ F）は A）
～ C）を縦方向に拡大したもの。
じ縮尺で、D）

NMR 2017 8巻

ジタル直交検波では、比較的高いサンプリングレー
日本核磁気共鳴学会

ペクトル中に「折り返しイメージ」が発生してしま

23

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

はご存知のことと思う。この場合、まずスペクトルまでに、周波数依存による位相遅延が起こることにの中央部に観測される、比較的大きな信号を見な起因する。これは通常の NMR 装置の受信系にあっがら p0 をあわせ、スペクトルの端にあるピークのて、基本的に無くしてあるか、あっても最小になる

位相を見ながら p1 をあわせる。では、なぜ位相あように抑えてある。デジタルフィルタの評価等をしわせは必要なのだろうか？

てみるとたちどころに理解できることだが、周波数

まず、理由である。位相あわせする p0 と p1 で若の 1 次に比例する p1 というのはまだしも、位相補正

干理由が異なる。p0 の位相あわせをしないといけ

量が周波数のむちゃくちゃな関数になっているようない理由は、上記で述べた直交検波において最終なものは、実はざらに存在する。そのような立場か的に得られる、ら眺めれば、NMR 装置の受信系というのは実に気A R ＝− 1 [cos (ωc t ＋φ1 −φ2 ＋φ3 )]
￣
4

および

最後に

A I ＝− 1 [ sin (ωc t ＋φ1 −φ2 ＋φ3 )]￣
4

3 回にわたって NMR のハードウエアに関し述べた。まだまだ全く不足している感がぬぐえない。例が位相補正項φ1 、φ2 およびφ3 を含んでいること、

えば Field Gradient、イメージングについては全およびこれらの位相は実際に検波してみないと通常

く触れることができなかった。大変申し訳なく思知ることができないからである。つまり受信側の位う次第である。本稿執筆にあたり、編集委員長の相を送信側がうかがい知らないことに他ならない。

防衛大学校 浅野敦志 教授に大変ご心配とご迷惑

また p1 の位相がずれる第一の原因は、例えば単をおかけしました。陳謝いたします。また JEOL

一パルス実験において、パルスを打った直後にデー

RESONANCE の同僚たち、特に中井利仁 博士にはタの取り込み開始ができないため（dead-time とい「本稿作成に関し格別」の協力を仰ぎました。感謝う）である。この dead-time の間、オフセットに近いいたします。

信号はほとんど位相が回らないのだが、オフセットから離れたピークほど位相が回ってしまうからである（これを避けるためには、Hahn-echo 取り込み、− delay 取り込み、とすれば良
つまり、delay −180°
い。ただし、delay が 2 箇所、180 °パルスが 1 本入パルることによるデメリット、すなわち緩和や 180°スの不均一性などによる信号強度の低下がある程度予想される）。それ以外にも p1 の位相がずれる原因があって、それは、プローブから最終的に ADC で信号を取り込まれた後からデジタルフィルタに至る

解説
24を使って設計されているものであると感心する。

References［1］ 根本暢明（2014）NMR のハードウエアに関するメ
モ 1. 送信系について . Bulletin of Nuclear Magnetic
Society of Japan, 5, 16-31.
［2］ 根本暢明（2016）NMR のハードウエアに関するメ
モ 2. 主に受信系について―プローブ編 . Bulletin of
Nuclear Magnetic Society of Japan, 7, 19-25.
［3］ http://www.digitalfilter.com/［4］ 岩田利王（2004）実践ディジタル・フィルタ設計入門 , CQ 出版 , 東京 . 谷萩隆嗣（2001）ディジタルフィ
ルタと信号処理 , コロナ社 , 東京 .
［5］ https://ja.wikipedia.org/wiki/ ローソク足チャート .

根本 暢明（ねもと・のぶあき）
1967 年 神奈川県横浜市生まれ。
1991 年 大阪大学理学部化学科卒業。
1996 年 大阪大学大学院理学研究科博士後期課程を「所定の年限在学し、所定の単位を修得の上退学」。
1996 年 鳥取大学医学部教務職員。
1997 年 バリアン・ジャパン（株）アプリケーションケミスト。
2002 年 日本電子（株）研究員。
2005 年 博士（薬学）、大阪大学大学院薬学研究科（2004 年度）。
2011 年 日本電子（株）の NMR 及び ESR 部門のスピンアウトに伴い、（株）JEOL RESONANCEへ異動、現在に至る。独身。
趣 味、国内 J 社の飛行機に乗りマイルを集クラシック音楽鑑賞（特に CD やハイレゾデータの蒐集）めること。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

25

トピックス

ブルカー・バイオスピン株式会社

堤遊

1. はじめに難しい。本稿では、このような初学者に向けて測

天然存在比が高い H のような核種のスペクトル定の理解を深めてもらうために簡単に原理について

では、同種核間で J カップリングを持つことにより、解説していきたい。しかし本稿の範囲の中ですべ信号は複雑に分裂し広幅化する。カップリング情ての測定法について詳細に解説することはできな

報は構造解析をする上で大事な情報であるが、複いため、今回は、後に続く多くの pure shift 手法で雑に分裂した信号が狭い化学シフト範囲に集中す使われる基本的なアイディアのいくつかを導入した

ると、信号の重なりあいが避けられず、かえって解ZS 法と、近年の pure shift 手法の中心となっている

析が十分に行えないことがある。このように信号が

PSYCHE 法の 2 つについて解説していく。

1

混み合った場合に、同種核間での J カップリングを溶液 NMR における同種核デカップリングといえスペクトルから消し、すべての信号を天然存在比

ば、長い間 2D- J 分解測定での C-1 次元（1D）スペクトルのようにシングレッ流であり、大きな進歩はなかった。そのような状況

トのみに変換することができれば、とは多くの人がの中、pure shift の手法開発が再び盛り上がりを見思うところである。もちろん溶液状態の NMR で観せ始めたのは、マンチェスター大の Gareth Morris

測される J カップリングは、固体 NMR で見られるらによる ZS 法を使った同種核デカップリングの掘ような強力な双極子カップリングに比べると高々十り起こしがきっかけであった。ZS 法は 1997 年に報数 Hz 程度の弱いカップリングであるが、J カップリ

告された決して新しい測定法ではないが、2D- J 分

ングが運動による平均化で消えないことと、溶液解測定法に比べると格段に感度が低いことから、分の NMR で解析するのは半値幅が 1 Hz を大きく下解能の改善は見られるもののあまり注目されてはい回る信号の分離と相関であることを考えると、わずなかった。ところが、2007 年に Morris らが ZS 法

かな信号の広がりがスペクトルを解析する上ではと DOSY 法を組み合わせることで、スペクトルが大きな弊害になるということは想像に難くない。こ複雑に重なり合う混合物を解析することができるこのため、固体 NMR ほど盛んにではないが、溶液とを示したの NMR においても同種核デカップリングのためのcovariance 処理を施すことで、pure shift の NOESY

手法の研究は以前より続けられてきており、特にを測定できることを示してからは［10］、再度注目され近年目覚しい手法の進歩もみられる。このような同るようになった。現在は PSYCHE 法の登場により、

種核 J デカップリングが適用された測定法は総じてZS 法をあえて使うことも少なくなってきたが、本稿「pure shift」と呼ばれ、総説なども出てにわかに脚ではまず歴史的な経緯を説明するという意味合いを

13

光を浴びている。

の投影を取ることが主［11］

ほか、NOESY と組み合わせた上で［12］

込めて ZS 法の原理から解説していきたい。

［1, 2］

近年さまざまな pure shift 測定法が実用的な形で提 案され てきている。Zangger-Sterk（ZS）法 、［3］

PSYCHE（Pure Shift Yielded by Chirp Excitation）
法 、BIRD-HSQC［4］、covariance 処 理［5, 6］

し た PSYCHE -TOCSY

を利用

［7］

、PSYCHE - NOESY

2. Zangger-Sterk（ZS）法
ZS 法は短いパルスシーケンスでありながら、さまざまな手法を巧みに合わせた測定法である。ま

［8］

［9］

、

ず ZS 法のパルスシーケンスを図 1A に示す。ZS 法

constant time（CT）-COSYなどがその代表的なは大きく 2 つのアイディアからなる。1 つ目のアイものである。この中で、CT -COSY を除く測定法

ディアは、磁場勾配により空間分割したスライスごは、従来使われてきた溶液 NMR の測定法とは少しとに選択的スピンエコーを測定することであり、2変わった手法が使われており、初学者には理解がつ目のアイディアは、t 1 展開時間を延ばしながら 2［10］

受領日：2017 年 10 月 2 日 受理日：2017 年 10 月 10 日 編集委員：池上 貴久

NMR 2017 8巻

Yu.Tsutsumi@bruker.com

日本核磁気共鳴学会

Pure shift NMR を理解するためのZangger-Sterk 法と PSYCHE 法入門

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

次元状に短い FID をブロック単位で取り込むことでし、1HDEC 側はデフォーカスする。この一連の手順

J カップリングを発展させないことである。まず 1 つにより FID の取り込み直前の時点で、最終的に観測

目のアイディアから見ていきたい。このアイディアする HOBS 側ではケミカルシフトが t 1 時間分だけ発の基本となるのは、異種核間のカップリングがある

展し、かつ J カップリングはリフォーカスするといAX スピン系でのスピンエコーである。AX スピン系

う状態をつくる。一方で不要な磁化である HDEC 側でのスピンエコーでは、A 核か X 核どちらかにのみ

ではコヒーレンス選択によりなにも観測されない。

180°
パルスを与えれば J カップリングを巻き戻すこ

ここまでは、選択的 180 °パルスを使った単なとができる。これを踏まえた上で、ZS 法のパルス

るスピンエコー（選択反転スピンエコー）に過ぎな

シーケンスを選択的 180 パルスが当たる HOBS と当い。次に、選択的 180 °パルスと同時に印加される。 HOBS
たらない HDEC に分けて考えてみる（図 1B））の効果について
磁場勾配パルス（図 1B 中の（＊）

側は 180°
パルスが 2 回当たるので正味 0 の回転を受考える。図 2 に示すように、磁場勾配パルス中に選け、 HDEC 側は 180 °パルスが 1 回当たり反転する。

択パルスを照射することでサンプル管の Z 軸方向

これにより HOBS 側ではケミカルシフトはリフォー

全体を通して、位置依存的に異なる周波数に選択

カスせず HDEC との J カップリングはリフォーカスす反転パルスを照射することができる。この時、磁パルスと同時に印加される磁る。また、選択的 180°

場勾配によって加算された位相は、選択反転パル）の効果を一旦無視すると、
場勾配（図 1B 中の（＊）

ス自身によってリフォーカスする。この効果によ

HOBS 側は磁場勾配比 1：− 1：− 2 でリフォーカス

り十分に強い磁場勾配を掛けながら選択的 180 °

1

1

1

1

1

1

1

1

1

図 1 ZS 法のパルスシーケンス（左）と ZS 法のパルスシーケンスを 1HOBS と 1HDEC に分けたパルスシーケンス（右）。
細い黒い四角は 90°パルス、太い黒い四角は 180°パルス、半円状のパルスは 180°選択反転パルスをそれぞれ示す。
Figure 1

トピックス
26

図 2 磁場勾配と選択反転パルスを使った空間スライスの考え方を模式的に示す。磁場勾配によりサンプル管の中の各スライスは別々のオフセット周波数をもつ。この状態である周波数で選択反転パルスを印加するとスライスごとに異なる信号に照射されることになる。その代わり、各スライスのほかの信号にはパルスが当たらないため、ZS 法ではこれらの磁化は捨てられる。このため、ZS 法は基本的に感度が悪い。

Figure 2

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

27

パルスを印加すれば、サンプル全体を通して、そ日本核磁気共鳴学会

パルスが当たった選
れぞれの周波数に選択的 180°
択的スピンエコーのスペクトルを和として観測することができる。この観測されたスペクトルは、すべての信号が同種核デカップルされた pure shift なス
ペクトルとなる。
さて、この時点で我々はまだ、FID の取り込み直NMR 2017 8巻前の時点ですべての信号に対してケミカルシフト
が t 1 時間分だけ発展し、J カップリングがリフォーカスした状態を作っているに過ぎず、このまま FIDを取り込んでも J カップリングによる変調が FID にかかるだけであり、努力は報われない。そこで、t 1
展開時間を延ばしながら二次元状に FID を 1 点ずつ取り込むという 2 つ目のアイディアを導入する。ここまでのパルスシーケンスはスピンエコーであり、
t 1 の長さにかかわらずいつでも FID の取り込み直前ではt 1 時間分ケミカルシフトが発展し、J カップ
リングがリフォーカスする。このためΔt （1 2 次元 1点あたりのt 1 の加算分）を、スペクトル幅に応じた

dwell 時間に合わせて 2 次元測定状に FID を 1 点ずつサンプリングすれば、データポイントを並べなおした FID は広帯域に同種核 J デカップリングされた

図 3 3 ZS 法の FID の取り込みはブロック単位でおこな
Figureわれる。3 つの FID のブロック（❶～❸）はそれぞれ異なるt 1で測定され、すべての測定が終わったあとに各ブ
ロックをつなぎ合わせ、一つの FID にする。

信号になる。またこの時、厳密にいえば各 FID の最初の 1 点のみが完全にデカップルされたデータポも影響を与えるため、デカップリング能力が低下す

イントになるのであるが、測定時間を短縮するためる。通常この選択反転パルスのパルス幅は数十 msに、Δt 1 を dwell 時間ではなくJ カップリングの発程度に設定する。

展を無視できるほど短いある一定幅の時間として、

磁場勾配強度は選択反転パルスがスペクトルの

FID をブロックとしてまとめて取り込むのが一般的

幅全体に当たるように設定する。例えば、測定すである。以上の FID の取り込みを模式的に図 3 に示るスペクトル幅が 4 kHz（ H：400 MHz で 10 ppm）

す。このように 2 次元状にブロック単位で取り込まで、使用するハードウェアが最大 50 G/cm の磁場れた FID は、専用の処理用プログラムを使うこ

勾配出力を持ち、プローブのコイル長が 2 cm だっとで一つの FID につなぎ合わせられ、以降は通常たとすると、γH ＝ 42.577 × 10 Hz/T として、おおのデータ処理を経てスペクトルに変換される。

よそ 1％程度の出力が必要になる。図 2 から分かる

［14］

1

6

ZS 法は一見複雑な測定であるが測定条件が整えように磁場勾配強度をあまり大きくすると選択反転

ば、比較的安定に広帯域同種核 J デカップリングを

パルスがどの信号にも当たらないサンプル領域が増実現することができる。この ZS 法の測定例を図 4えるため、感度が全体的に低下する。一方で磁場に示す。測定条件として調整する必要があるのは勾配強度が不十分だと、サンプル中のどのスライス

選択反転パルスのパルス幅と選択反転パルス中ににおいても選択反転パルスが当たらず、検出されな印加される磁場勾配の強度、そしてΔt 1 である。

い信号が出てくる。このように、磁場勾配強度の設

選択反転パルスのパルス幅は、感度およびデ
カップリングの良さに影響を与える。測定の原理か

定は測定のたびに調整するものでもないが、適切な大きさにあわせておく必要がある。

ら分かるように、サンプル中の全スピンの内、実際Δt 1 の値は、測定時間とデカップリングの良さとに観測される信号に貢献するのは選択反転パルスのトレードオフで決める。前述のように、測定時間が当たった帯域のスピンだけであり、選択反転帯域短縮のため 64 点（Δt 1 ＝ dwell × 64）ずつなど、あが狭いほど感度は低下する。一方で、選択反転帯

る程度の幅をもって FID のブロックを取り込むの域を広くするとカップリングしている他のスピンにが普通であるが、この時あまりΔt 1 を長く取ると

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8（FID のブロックサイズを大きくすると）J カップリる。PSYCHE 法は ZS 法に比べこの点で優れておングの変調が FID に現れデカップリングサイドバン

り、いまや ZS 法に代わって pure shift H 1D を測定

ド状のノイズが強く現れるようになるため注意が必するためだけではなく多くの pure shift の測定の基。これを防ぐためにはΔt 1 は J カッ
要になる（図 5）

本ブロックとしても使われるようになってきている。

プリングの逆数より十分に短い時間に設定する。

PSYCHE 法の測定原理は ZS 法に比べると非常に理

ZS 法は強力な pure shift 測定法であり、実質的には単純なスピンエコーゆえに、さまざまなパルス

1

解しにくいが、測定の条件設定に必要な程度の理解が得られるように要点を絞って解説する。

シーケンスと組み合わせることができる特長があるものの、測定の原理上磁化のほとんどを捨てる

3. PSYCHE 法

ため、 H 1D 測定と比べて数十分の 1 から百分の 1

図 6A に PSYCHE 法のパルスシーケンスを示す。

程度にまで感度が低下するという大きな欠点があ

このパルスシーケンスの特徴はシーケンスの中心に

1

図 4 ZS 法の測定例。サンプルは CDCl 3 中のメントール。積算回数 2 回で 512 個の interferogram から FID を再構成
25 分。従来法の 1H-1D は積算回数 2 回で測定時間は 30 秒。測定時間と感度の比較から ZS 法がいした。測定時間はFigure 4
かに感度の悪い測定かがわかる。

トピックス
28

Figure 5
図 5 ZS 法スペクトルのブロックサイズ依存性（サンプルは CDCl 3 中のメントール）。FID のブロックサイズが 40 msのスペクトル（上）では Jカップリングの大きさ（数 Hz から数十 Hz）に対してブロックサイズが大きいため、FID に変調が残りサイドバンドとして現れている（点線囲い）。一方で FID のブロックサイズが 10 ms のスペクトル（下）では比較的良好なデカップリングが得られている。

29

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

日本核磁気共鳴学会

配置されている 2 つの逆掃引の adiabatic パルスで
Figure 6ある。この二つの adiabatic パルスは浅いフリップ角

コヒーレンスを持っていた項の一つであるȊ 1 ＋ Ȋ 2 βになるように調整され、これが J カップリングをリ

パルス直後に p ＝着目する。最終的には最初の 90°

フォーカスさせる中心的な役割を果たす。この動き− 1 となったコヒーレンスのみが観測され（図 6B のを理解するためには、PSYCHE 法の原型となってコヒーレンスダイアグラムを参照）、さらにその最に似せた形で PSYCHE 法のパ

初の 90 °パルスの直後に p ＝− 1 のコヒーレンスを

ルスシーケンスを単純化し、2 スピン系（Ȋ 1 Ȋ 2 ）のモ持っていたもう片方の項であるȊ 1 ＋ Ȋ 2 αの動きは、α。
デルで考えてみるのがわかりやすい（図 6B）とβの記号を入れ替えれば Ȋ 1 ＋ Ȋ 2 βの動きから容易いる anti-z-COSY［15］

まず同種核の 2 スピン系（ Ȋ 1 Ȋ 2 ）の Ȋ 1 に着目して、パルス直後（①）の状態を考えると次式
最初の 90°

せていただく。

coherence filter［16］と purge gradient が入っている

1 i ( Ȋ Ȋ ＋Ȋ Ȋ )1 ＋ 2α1 ＋ 2β￣290°x1− ￣ i ( Ȋ 1 − Ȋ 2α＋Ȋ 1 − Ȋ 2β)
2ため、p ＝ 0 の項のうち Ȋ 1α、Ȋ 1β、Ȋ 2α、Ȋ 2βの組み合
わせからなる項しか残らないことを考慮したうえ
パルスの Ȋ 1 ＋ Ȋ 2 βに対する作用
で、この一つ目のβx°

さらにĤ free のもとで時間発展しながら 180°
パルスによるスピンエコーを受ける（②）と、次式のようになる。
1Ĥ free・ t1￣
2に想像できるため、これ以外の項の計算は割愛さ
パルスのあとに zero quantum
さて、一つ目のβx°のようになる。
I1 zの項（180°
パルスの前は Ȋ 1 − Ȋ 2αであった項）にのみ{}

1− iȊ 1 − Ȋ 2α・exp i (Ω1＋πJ12 )・ t1 ＋iȊ 1 ＋ Ȋ 2α￣
2{・exp −i (Ω1＋πJ12 )・ 1 t1
￣
2

{

}

を考えると、−i Ȋ1 ＋ Ȋ2β・exp ( iπJ12 t1 ){ ( β￣2 )・Ȋ Ȋ −cos ( β￣2 )・Ȋ Ȋ

・ cos

2

}

− iȊ 1 − Ȋ 2β・exp i (Ω1−πJ12 )・ 1 t1 ＋iȊ 1 ＋ Ȋ 2β￣
2
1・exp −i (Ω1−πJ12 )・ t1
￣
2

{

1 t
・
180°
x−Ĥ free￣
2 1}

1 sinβ・exp ( iπJ t )
12 1
￣
4

β°
x

−iȊ1 ＋ Ȋ2β・exp ( iπJ12 t1 )＋iȊ1 − Ȋ2α・exp (−iπJ12 t1 )−iȊ1 ＋ Ȋ 2α・exp (−iπJ12 t1 )＋iȊ1 − Ȋ2α・exp ( iπJ12 t1 )…
（1）

( Ĥ free ＝Ω1 Ȋ1 z ＋Ω2 Ȋ2 z ＋πJ12 2 Ȋ1 z Ȋ2 z )計算の量を減らすためにここから先はこの（1）式の項のうち、最初の 90 °パルスの直後に p ＝− 1 の

＋ sin

2

2

1α 2β

1β 2β

( β￣2 )・Ȋ Ȋ − sin ( β￣2 )・Ȋ Ȋ }
2

1α 2α

1β 2α

となる（③）。
パルス（④）があたること
ここでさらに 2 つ目のβx°で生成される項の内、最終的に観測される p ＝− 1の項だけ抜き出すと次の（2）式のようになる。

( )1 i sin2 β・sin2 β ・exp ( iπJ t )
12 1
￣
￣
8
2

β°
x

{

・ −cosβ・Ȋ1α Ȋ2 −＋cosβ・Ȋ1β Ȋ2 −

( )

( )

＋cos 2 β 2 Ȋ1− Ȋ 2α− sin2 β 2 Ȋ1− Ȋ 2β
￣
￣
2
2

}

NMR 2017 8巻

図 6 PSYCHE（左）および anti-z-COSY（右）のパルスシーケンス。細い黒い四角は 90°パルス、太い黒い四角は180°パルス、矢印つきの黒い台形は adiabatic パルスをそれぞれ示す。また（B）でのβと記載のある細い黒い四角はフリップ角β°のパルスを示す。PSYCHE の adiabatic パルスをハードパルスに変更すれば両者がほぼ同じであることが見て取れる。PSYCHE の基本的なアイディアは anti-z-COSY に詰まっているため、まずは anti-z-COSY で磁化の動きを考えると PSYCHE は理解しやすい。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8（ⅲ）が Ȋ 1α Ȋ 2 −とȊ 1β Ȋ 2 −の不要項を消去する役割を担

( )

1
2
2 β
＋ i sin β・cos
・exp ( iπJ12 t1 )￣￣
82

パルスで 2 スピン目にコヒーう。これは、2 回のβ°{パルスが当た
レンスが移る項において、1 回目のβ°・ − sinβ・Ȋ1α Ȋ2 −＋ sinβ・Ȋ1β Ȋ2 −

( )

( )

＋cos 2 β 2 Ȋ1− Ȋ 2α− sin2 β 2 Ȋ1− Ȋ 2β
￣
￣
2
2

}

…
（2）

る時には 1 スピン目のケミカルシフトのタイミングでパルスが当たる時には 2 スピン
当たり、2 回目のβ°ここで（2）式の項の内、最終的に欲しいのは Ȋ 1 − Ȋ 2β目のケミカルシフトのタイミングで当たるため、τ2の項である。計算の最初と最後だけを見ると、このとτ3 の長さが変わり磁場勾配により獲得した位相が項は Ȋ 1 − Ȋ 2αからȊ 1 − Ȋ 2βへと変換されている。つまり

リフォーカスしないためである。この結果、最終的

パルス直後からみてケミカルシフト
この項では 90°に残る成分は次のとおりである。

は同じ向きに発展し続け（コヒーレンスオーダが p＝− 1 で同じ）、かつ J カップリングによる発展が逆向きになっており（カップリング相手がαからβに変わっている）リフォーカスする。これはまさにわ
れわれが同種核デカップリングされたスペクトルを観測するために必要な項である。

12− iexp ( iπJ12 t1 )・sin β￣
42 β・sin2 β Ȋ 1− Ȋ 2α
・ cos
￣
￣
2
2
4 β
4 β
＋ cos
＋ sin
・Ȋ 1− Ȋ 2β￣￣22

[ ( ) ( ){ ( ) ( )}

]

…
（3）

最後に残る不要項は Ȋ 1 − Ȋ 2αであるが、これはカップ

あとは不要な項を排除すればよい。まずは 2 スピ

リングがそのままリフォーカスせずに発展し続ける

ン目にコヒーレンスが移った項であるȊ 1α Ȋ 2 −とȊ 1β Ȋ 2 −項である。これを消すためにはβが浅いフリップ角について考える。これらの項は（B）のパルスシーケ

であるという条件が必要になってくる。
（3）式でのンスでは取り除けないが、実際の PSYCHE のパルȊ 1 − Ȋ 2αとȊ 1 − Ȋ 2βの係数のβ依存性をプロットすると（A）
スシーケンス（A）では取り除くことができる。

、確かにフリップ角が浅いところ（たとえば 20°（図 7）（A）の adiabatic pulse がフと（B）を 見 比 べると、未満）では Ȋ 1 − Ȋ 2β（必要な項）が強く残り、Ȋ 1 − Ȋ 2α

リップ角βに相当するような強度に調整されていた（不要な項）が殆どないことがわかる。一方でβがあとすると、2 つのパルスシーケンスはほとんど同じ

まりにも小さいところでは Ȋ 1 − Ȋ 2βが弱いため感度がであることがわかる。違うのは、掃引の向きが異な

低いこともわかる。このため PSYCHE 法では、βをる adiabatic pulse が、磁場勾配が印加されている間調整することで感度（Ȋ 1 − Ȋ 2βが多いこと）を優先すに照射されていることである。これは、（ⅰ）purge

るか、デカップリング（Ȋ 1 − Ȋ 2αが少ないこと）を優先（ⅱ）zero quantum coherence filter、（ⅲ）
gradient、するかを測定者が調整することができる。

周波数ごとに 2 回のβ°パルスが当たるタイミング

以上の議論をまとめると、最初の 90 °パルスの（ⅰ）とが異なる、という 3 つの作用を兼ねている。

後に生じた Ȋ 1 − Ȋ 2αの磁化は、2 つの adiabatic pulse（ⅱ）の効果についてはすでに説明したが、特にこのを境に Ȋ 1 − Ȋ 2β となる。ここで delay を調整してパルスシーケンスの真ん中でコヒーレンスが入れ替、パルスシーケ
わるように調整すれば（τ1 ＝τ2 ）ンスを通してケミカルシフトは発展し、J カップリ
ングはリフォーカスすることとなる。これは ZS 法で得られた結果と同じであり、これ以降は ZS 法と同じように FID をブロック単位で取り込むことでpure shift のスペクトルを得ることができる。このように PSYCHE 法は直感的に何が起きているか分
かりやすいパルスシーケンスではないが、パルスシーケンスの各部位が何をしているのか概ね分か
トピックス
30

Figure図77 PSYCHE のȊ 1－Ȋ 2αとȊ 1－Ȋ 2βの係数のβ依存性。フ

リップ角の浅いところではȊ 1－Ȋ 2αとȊ 1－Ȋ 2βの強度に大きな差があるため、スペクトルには殆どデカップルされた信号しか観測されない。フリップ角が大きくなるにつれて全体的な信号強度も増加するが、同時にȊ 1－Ȋ 2αとȊ 1－Ȋ 2βの強度が近づくため、デカップリングされていない信号が目立ち始める。

れば、動作のイメージはつかめるものと思われる。

4. ZS 法と PSYCHE 法
ここで PSYCHE 法と ZS 法で得られたスペクトル。この図 8 からわかるように、を比較してみる（図 8）

PSYCHE 法は ZS 法に比べて格段に感度が良い。さBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.831日本核磁気共鳴学会
NMR 2017 8巻

図 8 Zannger-Figure
Sterk8 法と PSYCHE 法の比較。サンプルは CDCl3 中のメントール。いずれの測定も積算回数は４回、測定時間は 30 分であった。同じ積算回数で比較したとき、ZS 法に比べて PSYCHE 法が S/N がよいことがわかる。

Figure 9
図 9 PSYCHE スペクトルのフリップ角依存性（サンプルは CDCl3 中のメントール）。フリップ角 30°のスペクトルではデカップリングされていない信号が立ち上がってきているのが確認できる。一方でフリップ角 10°のスペクトルは30°のときに比べてややノイズが多い。

らに、PSYCHE 法では adiabatic pulse の強さを変

5. さいごにえることで、感度とデカップリングの質を天秤にかZS 法も PSYCHE 法も見た目の複雑さとは裏腹けることができるのが特徴である。図 9 に adiabaticに、実際にはスピンエコーに過ぎないため、さまざ

pulse のフリップ角を変えた時のスペクトルの変化

まなパルスシーケンスと組み合わせて pure shift のを示す。フリップ角を深くするほど感度が上昇する

測定に供することができる。この点がこれらのパが、デカップリングサイドバンド状のノイズが増え

ルスシーケンスの優れた特長となっていることはすてきていることが確認できる。このことは、先ほどでに述べた。例えば、PSYCHE を部品として使っ

プロダクトオペレータを用いて解説した通りの結果た代表的なパルスシーケンスに PSYCHE-TOCSYとなっている。このように、PSYCHE 法は感度面でと PSYCHE-NOESY がある。これらの測定では、t 1

ZS 法に比べて優れていること、調整するパラメー

展開時間に PSYCHE ブロックを取り入れることでタが少なくわかりやすいことから、ZS 法に代わってJ カップリングの発展を防ぐ。そしてデータ処理に

現在の pure shift 手法の主流となっている。

covariance 法を適用することで、F1 軸と F2 軸両方が pure shift となるスペクトルを得ることができる。
これらの測定は、pure shift スペクトルで構造解析

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

をする上で、すでに欠かせないものとなっている。
また 同 種 核 の 2 次 元 相 関 測 定 だ け で は なく、

HSQC や HMBC なども構造解析に必要であるが、これらにもそれぞれ BIRD-HSQC や tilted-HMBC［13］など pure shift になる測定がある。これらのデカッ
プリングのテクニックは ZS 法や PSYCHE 法とは大きく異なるものであるが、紙面の都合で紹介することはできない。しかしいずれも応用の利くアイディ
アであり、興味のある読者諸氏にはぜひ文献を参照されたい。
今回は近年発達してきた数ある pure shift 測定の手法のうち ZS 法と PSYCHE 法のみを取り上げたが、これらの手法を組み合わせることで低分子の有機化合物を pure shift で解析するための最低限の測定はできるようになってきている。また手法が一般化してきたことで、多くの NMR ユーザが pureshift 法を認識し、需要が高まってきているのを感じる。Pure shift 測定のための技術が進んできたとはいえ、やはりきれいに測定できないサンプルがあったり、測定パラメータの設定が難しい測定があったりするなど、完全にルーチン的に使える安定性があるとは言い切れない部分もまだある。また普段溶液の NMR で見る線形や感度から考えると、pure shiftの測定では線形の悪さやアーティファクトが目立つことも事実である。しかし先鋭化のためのデカップ
リングと相関情報を得るためのリカップリングを組み合わせるような相互作用の操作は NMR の醍醐味であり、このようなツールが溶液 NMR でも出てきたことは喜ばしい。これら pure shift の手法によって溶液 NMR のアイディアの幅が広がり、今後さま
ざまな応用につながることが期待される。
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［14］以前は測定者自身がこのようなコンピュータープロ
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堤 遊（つつみ・ゆう）

1998 年

東京理科大学基礎工学部生物工学科 卒業

2000 年

東京理科大学大学院基礎工学研究科生物工学専攻博士前期課程 修了

トピックス

2003 年 3 月 東京理科大学大学院基礎工学研究科生物工学専攻博士後期課程 単位満了退学
2003 年 4 月 科学技術振興機構 CREST 研究員 着任
2003 年 9 月 東京理科大学大学院基礎工学研究科生物工学専攻において博士号（工学）取得
2005 年

日本電子株式会社 入社

2013 年

ブルカー・バイオスピン株式会社 入社

現在に至る

32

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

33

トピックス

京都大学化学研究所

村田 靖次郎はじめにり、大量に得られる C60 と共に微少量が発生する。

フラーレンは sp 混成炭素が球状に結合して構成

この手法では主に希土類元素が用いられているが、される分子であり、分子内部に中空の空間を有してC60 内部には金属が内包されることはほとんど無く、いる。1985 年に質量分析により発見され 、1990

C80 や C82 を中心とする大きなフラーレン骨格に金属

年に炭素棒のアーク放電による大量合成法

が開が内包される。こうして発生された金属内包フラー

発された後に、実験研究が爆発的に発展している。

レンは、多段階の HPLC により単離することが可能

特に、最も対称性が高く、生成量が豊富なフラーである。一方、C60 にイオンビームを照射すること、レン C60 については、サッカーボール様の球状構造

あるいは、プラズマ条件にさらすことにより、リチに由来する三次元的に広がったπ電子系に関する

ウムイオンや窒素原子を内部に導入することができ研究が幅広い分野から注目を集めている。例えば、る。また、3,000 気圧・650 ℃の過酷な条件においC60 に有機官能基を付加させることにより、溶解度て、C60 の内部に希ガス原子を内包させることがでを向上させ、かつ機能性を付与することによって、きる。しかしいずれの方法においても、内包フラー

C60 誘導体は有機薄膜太陽電池に欠かせない n 型半

レン合成の収率は低く、かつ、フラーレンケージや導体材料となっている。また、C60 に比べて研究例

内包化学種の種類には制限があるため、全く異なは圧倒的に少ないものの、C60 の次に大きな C70 につる方法による内包フラーレンの合成法の開発が必要

いても、類似の研究が進められている。

である。

2

［1］

［2］

フラーレン内部の中空空間に金属イオン・金属ク

中空のフラーレンに開口部を設け、そこから小分

ラスター・原子が存在する物質は、内包フラーレン子を内部に挿入し、その後開口部を完全に閉じること呼ばれている 。金属内包フラーレンは、金属酸とが出来れば、最も明快な内包フラーレンの合成法

化物を練り込んだ炭素棒をアーク放電することによとなり得る。この手法はフラーレンに対してあたか［3］

図 1 （a）分子手術法による小分子内包フラーレン合成、（b）小分子内包フ1
ラーレンの例、ならびに、（c）内包化学種の特徴的な H NMR 化学シフト
受領日：2017 年 8 月 25 日 受理日：2017 年 9 月 5 日 編集委員：梶 弘典

NMR 2017 8巻

yasujiro@scl.kyoto-u.ac.jp

日本核磁気共鳴学会

小分子内包フラーレンの有機合成とそれらの 1H NMR シグナル

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

も外科手術を施すものとも見なせるので、「分子手

グナルは＋ 4.5 ppm に観測されるので、C60 ケージに

。我々の研究グルー術法」 と呼ばれている（図 1）

よる遮蔽効果は約 6 ppm である。このように、内包

プでは、温和な条件下での有機合成によりこの分分子の H NMR を測定することによって、これまで

子手術法の開発に取り組み、H2 分子や H2O 分子を理論的な考察のみに留まっていたフラーレン内部のフラーレン C60 や C70 の内部に閉じ込めることに成功

磁気的性質を実験的に明らかにすることが可能となしている。内包化学種における水素原子は NMR 活

り、C60 内部は磁気的に弱く遮蔽されていることが性であるため、その化学シフトや緩和時間を測定す

分かった。

［4］

1

ることによって、フラーレン内部の磁気的性質、なでは、C60 を二電子還元したジアニオンではどう

らびに、外界から隔離された特異な環境下に存在なるであろうか？ H2@C60 に過剰の NaSMe をアセする小分子の性質を明らかにすることが出来る。本

トニトリル中で混合すると、そのジアニオンを発生

稿では、特徴的な化学シフトをもつ内包化学種のさせることができる。この H2@C60 ジアニオンの H

NMR について述べていきたい。

NMR スペクトルでは、＋ 26.3 ppm にシグナルが観1測された 。これは、二電子還元によりフラーレン［8］

H2 分子ならびに H2O 分子を内包した
フラーレン C60

骨格の反芳香族性が増大し、その結果、内包 H2 分子は磁気的に強く反遮蔽されていることを示して

図 2 に示す C60 開口体 1は、C60 から 3 段階の反応いる。この現象は、C60 の全ての五員環と六員環ので合成することができる 。これに 800 気圧の水素中心における NICS 値

ガスを 200℃で接触させると、ほぼ定量的に一個の

る。

［5］

を調べた結果と一致してい［9］H2 分子が1の内部に導入される 。この H2 分子のC60 開口体 1は H2 分子を挿入するのに適している

1

H NMR シグナルは、基準物質であるテトラメチル

が、より大きな分子を内部に導入するためには、よシランよりも高磁場領域である− 7.2 ppm に観測さり大きな開口部の構築が必要である。しかし、大きれ、C60 部分の環電流による強い遮蔽効果を反映しな開口部では、小分子の挿入が容易になるだけでている。このシグナル強度の時間変化を検証するはなく、その放出も同時に起こりやすくなるということによって、内包 H2 分子の放出挙動が明らかに問題が生じる

され、160℃以上に加熱するとゆっくりと放出され修復することは難しい。そこで、必要な時にのみ自るが、室温では全く放出されずに内部に留まってい

発的に大きくなり、かつ、開口部の修復が容易な化ることが明らかとなった。H2@1の開口部は 4 段階

合物を新たに合成し、H2O 分子の内包に取り組んの反応で完全に修復することが可能である 。こだ

うして合成された水素分子内包フラーレン H2@C60

している化合物である。開口部にはビスヘミケターの H NMR では、− 1.4 ppm にシグナルが観測され

ル官能基が存在し、トルエン中 115℃に加熱するとる。この C60 の場合では、開口部を修復する際に常脱水して開口部が拡大された3 へと変化し、H2O 分

磁性環電流を示す五員環が再生されるため、H2@1子の通過が可能となる。その後、放冷することによりも低磁場に内包 H2 分子のシグナルが観測されよって開口部が縮小し、2が再生する。実際、1 気るものと説明できる。溶媒に溶かした H2 分子のシ圧の条件下、2と H2O をトルエン中で加熱したが、

［6］

［7］

1

。さらに、大きな開口部は完全に［10］。C60 開口体 2は、そのような要求を全て満た

［11］

トピックス
図 2 開口部をもつフラーレン誘導体とその内部への小分子挿入
34

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

る H2 分子がそれぞれ異なる化学シフトの NMR シ

しかし、9,000 気圧の超高圧条件下でこの反応を行

グナルを与えていることを示している。すなわち、

うことによって、ほぼ定量的に H2O 分子を2の内二個の H2 分子が C70 開口体 4の内部に挿入できるこ部に挿入することができた。この開口部は 2 段階のとが明らかとなった。

反応操作により完全に修復され、H2O@C60 が合成

H2@4と（H2 ）2@ 4 の 混 合 物 を 用 い て、 開 口 部の修復を行った

水素結合形成によりオリゴマーとして存在している

口体の場合とは対照的に、開口部が修復されるに、H2O@C60 では、水素結合の無い H2O 単分子

従って、内包 H2 分子の NMR シグナルは高磁場にが初めて実現されたことになる。この内包 H2O 分子移動した。特に、完全に開口部を修復した H2@C70の H NMR シグナルは、− 4.8 ppm に観測される。

では− 23.9 ppm という極めて高磁場にシグナルが興味深いことに、2 への水の挿入操作に、H2O-D2O観測された。これは C70 では部分構造であるピラシの混合物を用いると、H2O, HDO, D2O の内包体がレンの環電流の影響が大きいためであると考えられ得られた。HDO@C60 においては、軽水素のシグナる。また、 C NMR 測定を行った結果、C70 骨格の

ルは 3 つに分裂し、また、重水素のシグナルは 2 つ

上下の炭素は区別無く観測され、中空のものと比較に分裂しており、内包 H2O 分子は外界のプロトン源

して、中央部分の炭素シグナルの値がより変化してとプロトン交換していないことを示している。

いた。すなわち、内包 H2 分子は非常に速い回転・

が

［12］

1

。これら C70 開口体では、C60 開

［15］

13

並進運動をしていること、ならびに、その平均位置

二個の H2 分子を内包したフラーレン C70

は C70 の中央であることが明らかとなった。

フラーレン C70 は C60 よりも大きな内部空間を有し

内包 H2 分子の NMR シグナルは、通常の有機化ており、二個の小分子を内包できる可能性がある。

合物のものとは全く重ならない極めて高磁場に現れ

C70 の化学反応性は C60 と類似していることは知らるため、溶媒や系中の他の化合物に邪魔されること、その低い対称性のため、付加なく、その種類と存在量を決定することが可能であ体の構造決定は C60 のものよりも困難である。そのる。そこで、内包された H2 分子の数が外側への付ため、開口 C70 誘導体の合成研究は、C60 の場合に加反応に影響を与えるかどうかを調べるため、H2@比べて大きく立ち後れている。我々はまず、1と同

C70 と（H2 ）2@C70 の混合物に対して、ジメチルアン

様の官能基を有している C70 開口体 4に対して、H2

トラセンとの付加反応を行い、それぞれの平衡定数

分子の挿入を検討した。すなわち、890 気圧の水を算出した

素ガス雰囲気下、4を 230℃で加熱することによったものでは、付加反応がより進行しにくくなっていれているものの［13］て、水素分子を挿入した。回収したサンプルの［14］。その結果、二個の H2 分子を内包し［15］ることが明らかとなった。

H NMR を測定したところ、− 16.5 ppm に大きな一1重線が観測された。この値は、C60 開口体 H2@1の値よりもより高磁場であり、一個の H2 分子が内包

二個の H2O 分子ならびに H2O-HF 錯体を内包したフラーレン C70

された H2@4 が生成していることを示している。さフラーレン C70 においては、曲率の最も高いα結らに、− 15.2 ppm にも小さなシグナルが観測され合が最も反応性が高く、β結合がそれに続く。α

ていることが明らかになった。HPLC による精製を結合、ならびにβ結合から開口部形成を行うことに行ったところ、このシグナルを与える成分を濃縮

よって、α- 開口体 5ならびにβ- 開口体 6を合成しすることが出来たので、その H NMR シグナルのた（図 3） 。これらはいずれも 13 員環の開口部を

温度変化を検証することにした。すると、室温でもち、開口部の官能基の並び方は同一である。しかはやや幅広な一重線で観測されていたシグナルは、し、β- 開口体の大きさはα- 開口体のものよりも大− 60 ℃にて消失し、− 100 ℃では− 12.8 ppm と−きいことが明らかとなった。すなわち、二つの開口

17.3 ppm の面積比の等しい二本のシグナルへと変体に対して、9000 気圧の超高圧条件下で H2O 分子化することが明らかとなった。これは、二個の H2の挿入を検討したところ、β体 6の内部にのみ H2O

分子が 4 の内部に内包されており、室温では NMR

分子を導入することが出来た［17］。この開口部を修の時間尺度よりも速い速度でお互いの位置を交換し復したところ、水を内包した H2O@C70 が合成されていること、ならびに− 100℃においてはその交換た。内包された H2O 分子の H NMR シグナルは−が遅くなり、開口部に近い H2 分子と分子底部にあ27.1 ppm に観測された。この H2O@C70 において 13C

1

［16］

1

NMR 2017 8巻された。通常、H2O 分子は気相でさえも分子間の日本核磁気共鳴学会

2の内部への H2O 挿入は 8％収率でしかなかった。

35

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

図 3 2 個の小分子を内包したフラーレン C70

NMR 測定を行ったところ、今度は、上下部分の炭の緩和時間測定により内包分子の運動性を評価す

素のシグナルの変化が大きかった。すなわち、内包

ることによって、周りの環境との相互作用を明らか

H2O 分子は C70 の上あるいは下に偏った位置に存在にすることも可能である

することを示しており、H2@C70 の場合とは対照的

い化学種をフラーレン内部に隔離すること、ならびである。

に、内包化学種の特徴を生かした物性開発を進め。今後は、さらに新し［20］

さらに、注意深く生成物を分析した結果、二個ていきたいと考えている。例えば、開口 C60 誘導体の H2O 分 子を内包した（H2O）
2@C70 も生成していへの N2 , O2 , CO2 , CH3OH, H2CO 分子の挿入、ならることが明らかとなった。これは H2O 二量体の初びに、フラーレン C70 への窒素原子と水素分子の内めての隔 離である。この 水 二 量 体 では、H2O 分包に成功している。

［21］

子間で水素結合の生成と開裂が NMR の時間尺度よりも速く進行し、水単分子よりも低磁場である− 25.2 ppm にシグナルが観測された。一方、α体 5

本研究の一部は、京都大学化学研究所共同研

では、H2O よりも小さな HF 分子の挿入が可能であ

究・共同利用拠点の機器である 800 および 600 MHzると考え、水の存在下で HF 挿入を試みた。その溶液 NMR 装置を利用しました。また、共同研究者

結果、予想した HF@5だけではなく、H2O@5ならの皆様、ならびに日夜遅くまで実験を行ってくれてびに（H2O-HF）@5も同時に生成していることが明いる学生諸君に感謝いたします。

［18］

らかとなった。これは、最初に HF が C70 開口体の内部に挿入された後、この HF が系中に存在している H2O 分子を内部に引き込むことによって進行しているものと考えられる。その結果、H2O-HF 錯体の内包体が生成し、そこから HF が抜け出ることにより、HF 内包体が生成したものと考えられる。それ
ぞれの開口部を修復した後に、（H2O-HF）@C70 のH NMR 測定を行った。その結果、− 17.5 ppm に1

455 Hz に分裂した二重線と− 25.3 ppm に一重線が観測された。HF@C70 の H NMR では、− 25.0 ppm
1に 509 Hz に分裂した二重線が観測されたことから、

H2O-HF 錯体では、HF のプロトンが H2O の酸素に水素結合し、H-F 間の結合が弱くなっていることが分かる。すなわち、これは一個の H2O 分子によって水和された HF であることが明らかとなった。

終わりに以上、分子手術法により小分子を内包したフラー
トピックス

レンを合成し、特徴的な内包化学種の NMR 化学シ
フトについて述べてきた。一方、固体 NMR・非弾性中性子散乱・比熱・テラヘルツ分光等の測定を行うことによって、C60 内部に閉じ込められた H2 分子や H2O 分子は極低温においても自由回転をしていることが明らかとなっている。そこで、NMR

［19］

36

謝 辞

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村田 靖次郎（むらた・やすじろう）

1998 年

京都大学大学院 工学研究科物質エネルギー化学専攻 博士後期課程修了、博士（工学）の学位取得

1998 年 日本学術振興会特別研究員（PD）
1999 年

京都大学化学研究所 助手

2006 年 京都大学化学研究所 助教授
2007 年 京都大学化学研究所 准教授
2009 年 京都大学化学研究所 教授

37

NMR 2017 8巻

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Wakamiya, S. Nagase, T. Akasaka, Y. Murata, (2017)
Fullerene C70 as a Nano-flask to Reveal Chemical
Reactivity of a Nitrogen Atom, Angew. Chem. Int.
Ed. 56, 6488-6491. doi: 10.1002/anie.201701158R1.

日本核磁気共鳴学会［8］ M. Murata, Y. Ochi, F. Tanabe, K. Komatsu, Y. Murata, (2008) Internal Magnetic Fields of Dianionsof Fullerene C60 and Its Cage-Opened Derivatives
Studied by Encapsulated H2 as an NMR Probe,
Angew. Chem. Int. Ed. 47, 2039-2041. doi: 10.1002/
anie.200705285.
［9］ Z. Chen, C. S. Wannere, C. Corminboeuf, R. Puchta, P. v. R. Schleyer, (2005) Nucleus-Independent
Chemical Shifts (NICS) as an Aromaticity Criterion,
Chem. Rev. 105, 3842-3888. doi: 10.1021/cr030088+.
［10］G. C. Vougioukalakis, M. M. Roubelakis, M. Orfanopoulos, (2010) Open-Cage Fullerenes: Towards
the Construction of Nanosized Molecular Containers, Chem. Soc. Rev. 39, 817-844. doi: 10.1039/
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［11］K. Kurotobi, Y. Murata, (2011) A Single Molecule of
Water Encapsulated in Fullerene C60 , Science 333,
613-616. doi: 10.1126/science.1206376.
［12］R. Ludwig, (2001) Water: From Clusters to theBulk, Angew. Chem. Int. Ed . 40, 1808-1827. doi:
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［13］A. Herrmann, F. Diederich, C. Thilgen, H.-U. T.
Meer, W. Müller, (1994) Chemistry of the Higher
Fullerenes: Preparative Isolation of C76 by HPLC
and Synthesis, Separation, and Characterization ofDiels-Alder Monoadducts of C70 and C76, Helv. Chim.
Acta 77, 1689-1706. doi: 10.1002/hlca.19940770703.
［14］Y. Murata, S. Maeda, M. Murata, K. Komatsu, (2008)
Encapsulation and Dynamic Behavior of Two H2
Molecules in an Open-Cage C70 , J. Am. Chem. Soc.
130, 6702-6703. doi: 10.1021/ja801753m.
［15］M. Murata, S. Maeda, Y. Morinaka, Y. Murata,
K. Komatsu, (2008) Synthesis and Reaction of
Fullerene C70 Encapsulating Two Molecules of H2,
J. Am. Chem. Soc. 130, 15800-15801. doi: 10.1021/
ja8076846.
［16］R. Zhang, T. Futagoishi, M. Murata, A. Wakamiya, Y.
Murata, (2014) Synthesis and Structure of an OpenCage Thiafullerene C69S: Reactivity Differences of
an Open-Cage C70 Tetraketone Relative to its C60
Analogue, J. Am. Chem. Soc. 136, 8193 - 8196. doi:
10.1021/ja504054s.
［17］R. Zhang, M. Murata, T. Aharen, A. Wakamiya, T.
Shimoaka, T. Hasegawa, Y. Murata, (2016) Synthesis of a Distinct Water Dimer inside Fullerene C70 ,Nat. Chem. 8, 435-441. doi: 10.1038/NCHEM.2464.
［18］R. Zhang, M. Murata, A. Wakamiya, T. Shimoaka,
T. Hasegawa, Y. Murata, (2017) Isolation of the
Simplest Hydrated Acid, Sci. Adv. 3, e1602833 (6pages). doi: 10.1126/sciadv.1602833.
［19］(a) A. J. Horsewill, K. S. Panesar, S. Rols, M. R.
Johnson, Y. Murata, K. Komatsu, S. Mamone, A.
Danquigny, F. Cuda, S. Maltsev, M. C. Grossel,

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

若手ポスター賞選考経緯報告第 55 回ＮＭＲ討論会（2016）若手ポスター賞について

今年度の『若手ポスター賞』は、特に優秀な発表に与えられる副賞『JEOL RESONANCE 賞』と『大陽日酸賞』に加え、若手ポスター賞の趣旨にご賛同いただいた昭光サイエンス（株）からのご厚意により『昭光サイエンス賞』も併設いたしました。また、若手ポスター賞は JEOL RESONANCE、大陽日酸、昭光サイエンス
三社合同賞として副賞を授与いたしました。
若手ポスター賞の歴史や応募資格など、詳しくは第 55 回 NMR 討論会（2016）のホームページ「若手ポスター賞」（http://www.nmrj.jp/NMR2016/poster.html）を御参照下さい。
今回は 26 名の応募がありました。研究内容や評価者の人数などを考慮し、応募者を 3 つのグループに分けました。グループ毎に日本核磁気共鳴学会の評議員 6 〜 7 名が、規定の選考方針に基づいて応募者の発表を5 点満点で採点しました。ただし、グループ内に評価者が利益背反になる応募者がいた場合には、その応募者分を評価者は採点しないこととしました。また、採点結果の各グループの平均点の差が 0.5 点以上の場合
はグループ間調整をすることにしていましたが、今回は必要ありませんでした。
最優秀若手ポスター賞１名を選び、賞状を授与し、副賞として JEOL RESONANCE 賞 12 万円と記念の楯を贈りました。ついで、優秀若手ポスター賞 2 名を選び、賞状を授与しました。優秀若手ポスター賞の副賞として大陽日酸賞 6 万円と記念の楯を、また昭光サイエンス賞 6 万円と記念の楯を各受賞者に贈りました。さらに 6 名の若手ポスター賞受賞者を選び、副賞として三社合同賞 3 万円を学会長より贈りました。

左から：穴井＊ 1、田辺竜太郎、竹腰 NMR 学会会長、折笠＊ 2、重田安里寿、普照＊ 3、You-lee Hong

若手ポスター賞選考経緯報告

奥側左から：大平龍太郎、小林彩保、田村優実
手前左から：折笠＊ 2、穴井＊ 1、岩川直都、長田晃佳、Nghia Tuan Duong、竹腰会長、普照＊ 3：株式会社 JEOL RESONANCE 代表取締役社長 穴井孝弘
：大陽日酸メディカル事業本部 SI 事業部長 折笠 敬
＊3
：昭光サイエンス株式会社取締役製造本部長 普照祐一
＊1

＊2

38

選考委員代表：藤原 敏道

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

39■最優秀若手ポスター賞（JEOL RESONANCE 賞）「パルス ODMR を用いた磁気センシング」■優秀若手ポスター賞（大陽日酸賞）
重田安里寿（横浜国立大学大学院 工学府 機能発現工学専攻）「固体 NMR による光駆動型ナトリウムイオンポンプ KR2 の pH 変化に対する■優秀若手ポスター賞（昭光サイエンス賞）

You-lee Hong（RIKEN Center for Life Science Technologies, JEOL Collaboration RIKEN Center forLife Science Technologies）「Simultaneous observation of H detected C/ H and N/ H 2D correlation solid-state
1

13

1

15

1

NMR spectra in natural abundance at very fast MAS ＞ 60 kHz」
■若手ポスター賞（3 社合同賞）
小林彩保（首都大学東京理工学研究科）「NMR と SAXS による RNA 結合性マルチドメインタンパク質 Nrd1 の構造解析」
田村優実（徳島大学大学院 先端科学技術教育部 知的力学システム工学専攻 機械創造システム工学コース）「多孔性配位高分子の空隙に物理吸着させた気体分子のダイナミクス」
長田晃佳（筑波大学大学院 数理物質科学研究科 電子・物理工学専攻）「0.2T 永久磁石 MRI を用いた屋外樹木中の水輸送計測」
岩川直都（京都大学大学院 工学研究科 分子工学専攻）「細胞内における ALS 関連タンパク質 SOD1 のフォールディングに関する動的構造解析」
大平龍太郎（大阪大学基礎工学部電子物理科学科）「NMR-NQR 二重共鳴法を用いた NQR 信号高感度化」

Nghia Tuan Duong（RIKEN Center for Life Science Technologies, JEOL Collaboration RIKEN Center
for Life Science Technologies）
27
1「Satellite transition selective { Al}/ H D-HMQC experiment at very fast MAS for the determination ofquadrupolar coupling constants」
各賞担当理事 藤原敏道、神田大輔、浅野敦志

NMR 2017 8巻

レチナール結合サイトの構造変化の解析」

日本核磁気共鳴学会

田辺竜太郎（京都大学 工学研究科 分子工学専攻）

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

最優秀若手ポスター賞（JEOL RESONANCE 賞）

P106

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1Øăæć ĘiėÌ ,Ú


1

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kĉĐ ¡Þãâ

Magnetic field sensing using Pulsed ODMRRyotaro Tanabe1, Ryuji Igarashi1, Masahiro Shirakawa1
1

Graduate School of Engineering, Kyoto University

It is significant to analyze neural network quantitatively for gaining insight to information processing
and mechanism of memory. In this work, I focused optically detected magnetic resonance (ODMR) using
fluorescent nanodiamonds as a method for imaging neuronal network, and I developed a device formagnetic imaging. Consequently, I got an ODMR spectrum influenced by a magnetic field while real time
fluorescent imaging.
áíëñ%NIJbd>8ČÛ$ýÁ4"&ót!%¯uÖ.þ²%Z=MEY8ýº%$Ċù!

4ĕ

üÏ!4VadU&¿£4µöÊ,25

úċ%áíNIJbd>%Î®8úûÛ$ýÁ!

4

58ýË4´È"K¾¨5¼ďwýò8¶#2%áíëñ8¼$

ôr®LOH:\[c4H:\[cK$eéÒ"*54åê"ÂÅđĒ3NVC
(Nitorogen-vacancy center)&#ôr8Ù4"
2LOH:\[cK&q5ôrVadU"
Î×8¾¨5%

42$NVC%Ù4ôr

&}āē%DScÓ±8»4,ßÉsĖµö"ì+74"$13ôrü$14ßÉ
sĖDW>J_%ªò!

Fig. 1. NV center in diamond lattice.

4(rÃvßÉs

Ė:ODMR)ODMRDW>J_&NVC%ēDScĈ24ßÉÛÝhp×$1



4%!LOH:\ă%«äď!%ß¯%
Ôª$z×!458×

5'áínĆ$4ēÉB?L_8«¦#ß~"
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254

ÀÞã!&ĘLOH:\[cK%¶ĕßÉ°®8z×áíëñ%ßÉ:ZdCc?8ÜÛ"Q_DODMRøï%ĎÙ8õ
若手ポスター賞選考経緯報告rÃvßÉsĖĘßFcBc?
#)30

6

,

23/

27*(6− 348 −

40

Fig. 2. Equipment set up for ODMRBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

`dAdQ_D$14}āè"X:>aÍÑèEMCCD $1

4Ãvè2Ä³54Fig.2$à1#øï8Äç%øï8×ôrLOH:\[cK(Adamas ND-NV-100nm)%ODMRDW>J_8Ï"6Ĉß%|$13D
W>J_w÷4"8üÏ(Fig.3(a))5&NVCēDSc%îĄĂą%GdXc
3ßÏò!

4"8à

Æ$Q_DODMRĔ8õ½y%Ĕ"]R¸~%üÏ8ÿ+]R¸~"

4

(a)

&NVC$sĖX:>aÍQ_D8Ñ4"%Q_D¢$­ēDScÓ±g

Ðoď8jm4ÕĀ%{!

390Q_D.180Q_D8Ë,4%$¬ù#Ĕ!
4Fig.3(a)%-%"LOH:\[cK@cV_8×Fig.3(b)$àQ_Dèx8×(b)ôr8ü"6%č$­ôr§¤Ç¥Û$4%8üÏ(Fig3(c))%¾2180Q_D&51313ns"Ê,25l©&lË180Q_D"90Q_D8×Ĕ8õ!

]YGdT^cC(c)«#ß~%ü8Ü·f

4

Fig. 3. (a)ODMR spectra of nanodiamonds
applying external magnetic field. (b)Rabi
pulse sequence(c)Rabi oscillation of NV
electron spin.

− 349 −NMR 2017 8巻

w÷$14-%!

日本核磁気共鳴学会*PdK;<9"

41

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

優秀若手ポスター賞（大陽日酸賞）

P52

固体NMRによる光駆動型ナトリウムイオンポンプKR2のpH変化に対するレチナール結合サイトの構造変化の解析○重田安里寿1・伊藤奨太2・沖津貴志3・和田昭盛3・井上圭一2,4・神取秀樹2・
川村出1
1

横浜国立大学大学院・工学府

3

神戸薬科大学2

名古屋工業大学大学院・工学研究科

4

JST・さきがけ

Structural analysis upon pH-change of retinal binding site in light-driven sodium ionpump rhodopsin, KR2, by solid-state NMR○Arisu Shigeta1, Shota Ito2, Takashi Okitsu3, Akimori Wada3, Keiichi Inoue2,4, Hideki Kandori2, Izuru
Kawamura1
1

Graduate School of Engineering, Yokohama National University

2

Department of Frontier Materials, Nagoya Institute of Technology

3

Department of Organic Chemistry for Life Science, Kobe Pharmaceutical University

4

JST・PRESTO
Recent research revealed crystallographic structure of sodium ion pumping Krokinobacter rhodopsin 2(KR2) extracted from marine bacteria. In the vicinity of retinal, specific residues are conserved depending
on its function, for example, Asp85, Thr89 and Asp96 (DTD motif) for Bacteriorhodopsin (BR) andBR-like proton pump, and Asn112, Asp116 and Gln123 (NDQ motif) for KR2 and other sodium ion pump.
These motifs are thought to be essential to express proper function, especially Asp116, a counterion, whichside chain flips depending on its charge. Hence, we focused on the retinal binding pocket at neutral andacidic pH and determined chemical shifts of Retinal C20, Retinal C14, Lys255Cε, Schiff base andTyr218Cζ. Chemical shift of Lys255Nζ indicated the torsion around retinal Schiff base which we revealed
to be caused by the different location of Asp116 compared to BR-Asp85. This peak shifted upon
pH-change which may indicate the protonation of Asp116 and reorientation of hydrogen bond. At the otherside of retinal, Tyr218 forms weak hydrogen bond with nearby Asp251 in comparison with BR, which isprobably characteristic feature for sodium ion pump as Asp251 works as temporal Na+ binding site. Thesefeatures may give us new insights about unique mechanism of sodium pump.

若手ポスター賞選考経緯報告【緒言】近年結晶構造が明らかになった光駆動型
ナトリウムイオンポンプKrokinobacter rhodopsin
2は海洋性細菌K. eikastus由来のロドプシンタン
パク質である[1,2]。他のロドプシンと共通して、
タンパク質中に結合したレチナール発色団の光異性化により機能を発現する。これまでに研究されてきたプロトンポンプロドプシンやクロライ
ドイオンポンプロドプシンでは、レチナールのシ膜タンパク質、光駆動型ナトリウムイオンポンプ、固体NMR○しげたありす，いとうしょうた，おきつたかし，わだあきもり，いのうえけいいち，かんどり
ひでき，かわむらいずる− 224 −

42

Fig. 1 DTD motif in BR and NDQ motif in KR2 [3]BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8①レチナールの構造
レチナールC20とC14の信号はそれぞれ13位のtrans/cis、15位のsyn/antiの異性化に敏感である。DARRの結果より、レチナールC20は14.2 ppm、レチナールC14は120.5 ppmに信号を観測した。C20の信号は、13-transのとき13 ppm付近、13-cisのとき20 ppm付近に、C14 の信号は15-antiのとき120 ppm程度、15-synのとき110 ppmに観測される[4]ことから、基底状態におけるレチナールの構造はall-trans, 15-anti型と帰属した。pH変化に対し、化学シフト値は変化せず、レチナールの構造は変化しないことが明らかになった。

− 225 −NMR 2017 8巻

Fig. 3 Correlation peaks with retinal C20 at different pH

日本核磁気共鳴学会

ッフ塩基に結合したプロトンを輸送に利用、ないしは、そのプラス電荷をアニオン輸送に利用していた。しかし、プロトン以外のカチオン輸送に関しては前例がなく、他のロドプシンには見られないユニークな機構を持つと考えられる。レチナール近傍には機能に特有な残基が保存されており、バクテリオロドプシン様プロトンポンプではDTDモチーフ(BRの場合
Asp85, Thr89, Asp96)、KR2を含むナトリウムイオンポンプではNDQモチーフ(KR2の場合
Asn112, Asp116, Gln123)を有している[3]。特にKR2の極大吸収波長が変化する酸性の結晶構造
において、シッフ塩基から遠ざかるAsp116のフリップが観測されている。そこで我々は、pH変化に対してレチナールのプロトン化シッフ塩基の対イオンであるAsp116の荷電状態及び側鎖の向きが異なることに注目し、レチナール及びその近傍残基を含むレチナール結合サイト(Fig. 2)の固体NMR構造解析を行った。
【方法】E. coli による大量発現時に安定同位体ラベルア
ミ ノ 酸 と レ チ ナ ー ル を 導 入 し 、 [14, 20-13C]Retinal,[Phenyl-4-13C]Tyr, [6-13C]/[6-15N]Lys-WT-KR2 を得た。安
定同位体ラベル KR2 は POPE/POPG 膜に再構成した。水和した膜試料を 4.0 mm のジルコニア製 MAS ローターに詰めて、固体 NMR 測定を実施した。固体 NMR 測定は
Bruker Avance III 600 MHz 固体 NMR 分光器および 4.0
mm の E-free プローブを用いて、測定温度 5°C・MAS 周
波数 10 kHz の条件で、13C-13C Dipolar Assisted Rotational
Fig. 2 Residues in the vicinityof retinal and hydrogen bonds
Resonance (DARR)測定および 13C CP-MAS、15N CP-MAS測定を行った。DARR 法は原子核間距離が長い 13C 核同士の間のスピン拡散を観測できるた
め、結晶構造に含まれるレチナールからの距離情報を基に、レチナール近傍のアミノ酸残基の帰属に用いた。
【結果と考察】上記の方法により、pH 8.0、pH 6.0、pH 4.0 での、基底状態における、レチナール C20、C14、Tyr218Cζ、Lys255Cε、Lys255Nζ の信号帰属に成功した(Fig. 3)。また、これらの化学シフト値の pH 変化から、以下 4 点の評価を行った。

43

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

優秀若手ポスター賞（昭光サイエンス賞）

P104

Simultaneous observation of 1H detected 13C/1H and 15N/1H 2D
1
13
1 abundancecorrelation
solid-stateNMR
in natural
at2Dvery are1
15 15N/1H
Simultaneous
observationof spectra
H detectedC/
H andresultant 13C magnetizations
are transferred
to 1H followedby
H detection.
Finally,
N magnetizations
fast
MAS
>
60
kHz
1
correlation
solid-state
spectra inabundance
at very has
brought to the transversal
plane for time
evolutionNMR
and transferred
to natural
H for detection.
This sequence

P104

1You-leeHongandkHz
Yusuke Nishiyama 1,2
MAS> 60
several benefits which 1fast
overcomethedrawbackof other dual CP sequences. 1) The parallel CP is able to
1,2
RIKEN Hong
Center1 andfor Life
ScienceTechnologies,
JEOL Collaboration Center,
You-lee
Yusukereduce the measurement time to obtain two spectra Nishiyama
with a maximum reduction factor of 2. 2) The separate
1Yokohama, Japan.
fordifferentLife Science
Technologies,
JEOLschemes
Collaboration
nucleusCenter
allowsmagnetizationtransfer
to be Center,
applied. It wastransfer to 1H for each2RIKENJEOLRESONANCE
Inc.,
Japan.
113
1
15
Yokohama,ofJapan.
demonstrated with a combination
J-coupling based H/ C and dipolar-based H/ N correlations, which
2
JEOL RESONANCE
Inc.,theJapan.
requires similar measurement
time, maximizingtime saving factor. 3) The additional t noise which1

could come from addition or subtraction of spectra can be avoided, since the resultant 1H/13C and 1H/15N
Heteronuclear correlation experiment is useful to investigate molecular structure and dynamics of naturally
spectra are observed separately. 4) The two separated spectrum can 13be measured
without any special
C and 15andN together
with
intrinsic
abundance samples
by NMR.
However,the lowabundanceof structure
correlation
experimentis usefultoinvestigate
molecular
dynamics
ofHeteronuclear
to naturalinvestigate
molecular
structureanddynamics
of naturally
naturally
hardware, since all the signals are observed by 1H. 5) Since both the 13C and 115N are rare nuclei in natural
13 13
15H-detection
low sensitivityof NMRis challenge
inthe
NMR
measurements
andofanalyses.
alleviates
these
C and
N together
with
intrinsic
by NMR.
NMR.
However,thelownatural
naturalabundanceabundanceof
C and
N15together
with
intrinsic
lowabundance
samplesbyHowever,lowabundance, there are no interference between 1H-13C and 1H-15N during dual CP. Unlike uniformly 13C, 15N
1
issuessensitivity
due ofto NMRthehighgyromagnetic
ratio
andmeasurements
natural andabundanceof 1H-detection
protonH-detection
and isalleviates
optimalchoiceforsensitivity
is challenge
in NMR
measurements
analyses.
theseissueslowof NMRis challengein
NMR
and analyses.
alleviates
theselabeled samples, no signal loss is expected.
13
15The developed dual sequence based on the heteronuclear single
C anddirectdetections
are andmuchcommonin issolid-state
(ss-)
NMR
solution
NMR.
On highthe otherhand,
dueto thehighgyromagnetic
ratio andnaturalabundanceofprotonoptimalchoicefor solution
NMR.
issuesdueto thegyromagnetic
ratio Nandnaturalabundanceof isproton
andoptimalchoiceforquantum coherence(HSQC) was demonstrated by 2D 15N/1H and 13C/1H correlation spectra of naturally
115
13
15of rigid13solid. Recently,
1>
H
resonancesthedevelopedvery
fastmagic-angle
spinning
(MAS)
due
to
broad
C otherand hand,N directCdetections
are muchcommonsolid-state(ss-)
NMR due to
broad
H
On
the otherhand,
and N direct
detections
are inmuch
commonin solid-state
(ss-)
NMR
solution
NMR.
On theabundant N-formyl-L-methionyl-L-leucyl-L-phenylalanine(f-MLF-OH)
at the fast MAS (80 kHz) as
1
1
1 severe line-broadening of H resonances, making H-detection of heteronuclear correlation
60
kHz
reducesresonancesrigid
solid. Recently,
developed
fast magic-angle
spinning(MAS)spinning> 60 kHz
reducesdue to broadof H
resonancesof rigid thesolid.
Recently,very
the developed
very fastmagic-angle(MAS)>
shown in Figure 2.
1
1and enhancing
1
1
Hcorrelationand 15N/1H
experiments
experiments
in ss-NMR
appliedthe sensitivity
in 13C/of
H resonances,
H-detectionof 1heteronuclear
experimentsinsevereofroutinely
60
kHzline-broadening
reducessevere line-broadeningof makingH resonances,makingH-detection
heteronuclear
correlation
1-3
15
13 of1 multidimensionalthemeasurement
spectralongof natural routinely
abundance
samples.
C/ H and
N/11H
H and
experimentsof natural
ss-NMR
appliedand However,enhancingtheeachsensitivity
N/1Hrequires
experiments
experiments
in ss-NMR
routinely
applied andenhancingtheinsensitivity
in 1315C/
13
15
1-3
1-3
times,
especiallyin using
naturally
abundantmaterials.
Thus,
parallelacquisitionof Cspectra
and N
signalsareHowever,theeach themeasurementof multidimensional
spectrarequireslongtimes,
abundance
samples.
of naturalabundance
samples.
However,each measurementof multidimensional
requireslong13
proposed
to using
measuretwo
distinctabundant
spectrasimultaneously.
This gives
fold15N
reduction
in
C and
are
proposed
especiallyinabundantmaterials.
Thus, parallelacquisition
ofmaximum
times, especiallyinnaturally
using
naturallymaterials.
Thus, parallelacquisitionof 1513N
C2signals
andsignalsaremeasurement
time
andtwoextensively
demonstrated
both maximumin Thissolidgives
solution
However,thetomeasuretotwo
distinct
spectrasimultaneously.
This gives
2andfoldmaximum
reductionNMR.
measurement
proposedmeasuredistinct
spectrasimultaneously.
2in fold
reductiontime
in4
The 1H However,detection
withrequirements
oftimeadditional
equipment
parallelreceivers
hindercommonusages.
andextensively
demonstrated
both inlike
solid
and solution
However,the requirementsof additional
measurement
and extensively
demonstrated
both NMR.
insolid
and solution
NMR.
the
1
4
1 the solid, cannot4 combine
parallelacquisition,
also
proposedtoimprovethesensitivity
inthedifferent
H commondetectionusages.
with parallelalso
equipment
likereceivers
hinderusages. The
The Hacquisition,
detection withrequirementsof parallel
additional
equipment
likecommon
parallel receivers
hinder

13
15
13
C and
N solid,because
Ccombineand 15inN
magnetizationsaretransferred
to 113HC
magnetizationtransfer
proposed
to improve
the forsensitivity
incannotthedifferent
magnetizationtransferforparallel acquisition,
also
proposed
to theimprovethesensitivity
thesolid, cannot
combinethe different
1
13
1
15
13cross polarization
13Moreover,1
15
1
simultaneously
by13thesecond(CP).
H/
C and H/are
Nbycorrelation
spectraN because
C andaretransferredH
simultaneously
the second
andCmagnetizations
and 15N because
C and 15toNthe
magnetizationstransferred
tocrossH
magnetizationtransfer
for15N15
1
13
15 spectra can induce1 additionalnoise
in the or
resultantare obtained(CP).
bybysubtractingoraddingthe 1H/two
t1by
H/polarization
C and
N correlation
spectraare13obtained
subtracting
addingpolarization
Moreover,simultaneously
the secondthe
cross
(CP).
Moreover,the H/C and 1H/
N
correlation
spectra
5-6
5-6
spectra.
thetwospectracaninduceadditional
t1
noise
in
the
resultant
spectra.
are obtained by subtracting or adding the two spectra can induce additional t1 noise in the resultant

spectra.5-6
Figure 2. 2D 1H/13C and 1H/15N correlation spectra of f-MLF-OH obtained by dual CP-based HSQC. The
1

H/13C and 1H/15N spectra is right and left. The 2D spectra were acquired with a total number of 1200 scans,relaxation delay is 3s, and total time of measurement is 1day 20hr for both experiment. νR=80 kHz
τCP1=2ms,

τCP2=2ms, and τCP3=0.4ms.

Reference
1. Nishiyama, Y.; Endo, Y.; Nemoto, T.; Utsumi, H.; Yamauchi, K.; Hioka, K.; Asakura, T. J. Magn. Reson.
2011, 208, 44-48.
若手ポスター賞選考経緯報告

2. Du, L.-S.; Samoson, A.; Tuherm, T.; Grey, C. P. Chem.
Mater. 2000, 12, 3611-3616.
Figure 1. Pulse sequence of dual CP-based HSQC for 1H detection in ss-NMR with 80 kHz MAS.
3. Agarwal, V.; Tuherm, T.; Reinhold, A.; Past, J.; Samoson, A.; Ernst, M.; Meier, B. H. Chem. Phys. Lett.
Figure 1. Pulse sequence of dual CP-based HSQC for 1H detection in ss-NMR with 80 kHz MAS.
2013, 583, 1-7.
Here, we present a novel approach of parallel acquisition for multidimensional ss-NMR data experiments.
4. Kupče, Ē.; Freeman, R.; John, B. K., J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9606-9607.
1
to experiments.
both 13C andAnalogous
to the aprevious
parallel CP
sequence,
we utilizefor
simultaneous
CP to polarize
Here, we present
novel approachof parallelacquisition
multidimensional
ss-NMR H
data
5.
Das,
B.
B.;
Opella,
S.
J.
J.
Magn.
Reson.
2016,262,
20-26.
15
13
1
13 TheN nuclei andthen
C magnetizations
are evolved,
while 15
N magnetization
kept along
thebothz axis.
H to
C andAnalogous
to thepreviousparallel CP sequence,
we utilize
simultaneous
CP toispolarize
6.
Gopinath,
T.;
Veglia,G.
Angew.
Chem.
Int.
Ed.
2012,
51,
2731-2735.
131
15
15 1H detection. Finally, 15N magnetizations are
resultantmagnetizations
are transferred
H followed
N nuclei C
andthen 13C magnetizations
are toevolved,while byN magnetization is kept along the z axis. The

brought to the transversal plane for time evolution and transferred to 1H for detection. This sequence has
Fast
MAS,
Dual whichcross polarization
severalbenefits
overcome the drawback of other dual CP sequences. 1) The parallel CP is able toreduce the measurement time to obtain two spectra with a maximum reduction factor of 2. 2) The separatetransfer schemes to be applied. It wastransfer to 1H for each nucleus allows different−magnetization
344 −demonstrated with a combination of J-coupling based 1H/13C and dipolar-based 1H/15N correlations, which
44

requires similar measurement time, maximizing the time saving factor. 3) The additional t1 noise which
could come from addition or subtraction of spectra can be avoided, since the resultant 1H/13C and 1H/15N
spectra are observed separately. 4) The two separated spectrum can be measured without any special

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

Figure 2. 2D 1H/13C and 1H/15N correlation spectra of f-MLF-OH obtained by dual CP-based HSQC. The
1

H/13C and 1H/15N spectra is right and left. The 2D spectra were acquired with a total number of 1200 scans,relaxation delay is 3s, and total time of measurement is 1day 20hr for both experiment. νR=80 kHz
τCP1=2ms,

τCP2=2ms, and τCP3=0.4ms.

Reference
1. Nishiyama, Y.; Endo, Y.; Nemoto, T.; Utsumi, H.; Yamauchi, K.; Hioka, K.; Asakura, T. J. Magn. Reson.
2011, 208, 44-48.
2. Du, L.-S.; Samoson, A.; Tuherm, T.; Grey, C. P. Chem. Mater. 2000, 12, 3611-3616.
3. Agarwal, V.; Tuherm, T.; Reinhold, A.; Past, J.; Samoson, A.; Ernst, M.; Meier, B. H. Chem. Phys. Lett.
2013, 583, 1-7.
4. Kupče, Ē.; Freeman, R.; John, B. K., J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9606-9607.
5. Das, B. B.; Opella, S. J. J. Magn. Reson. 2016, 262, 20-26.
6. Gopinath, T.; Veglia, G. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2731-2735.

− 345 −NMR 2017 8巻

brought to the transversal plane for time evolution and transferred to 1H for detection. This sequence hasbrought to the transversal plane for time evolution and transferred to 1H for detection. This sequence has
several benefits which overcome the drawback of other dual CP sequences. 1) The parallel CP is able toseveral benefits which overcome the drawback of other dual CP sequences. 1) The parallel CP is able toreduce the measurement time to obtain two spectra with a maximum reduction factor of 2. 2) The separate
reduce the measurement
time to obtain two spectra with a maximum reduction factor of 2. 2) The separatetransfer to 1H for each nucleus allows different magnetization transfer schemes to be applied. It wastransfer schemes to be applied. It wastransfer to 1H for each nucleus allows different magnetization
demonstrated with a combination of J-coupling based 1H/13C and dipolar-based 1H/15N correlations, which
113demonstrated with a combination of J-coupling based H/ C and dipolar-based 1H/15N correlations, which
requires similar measurement time, maximizing the time saving factor. 3) The additional t1 noise which
which could
requires similar measurement time, maximizing the time saving factor. 3) The additional t11 noise
could come from addition or subtraction of spectra can be avoided, since the resultant H/13C and 1H/15N
come from addition or subtraction of spectra can be avoided, since the resultant 1H/13C and 1H/15N spectra
spectra are observed separately. 4) The two separated spectrum can be measured without any special
are observed separately. 4) The two separated spectrum
can be measured without any special hardware, sincehardware, since all the signals are observed by 1H. 5) Since both the 13C and 15N are rare nuclei in natural
1
13
the C and 15N are rare nuclei in natural abundance, there
all the signals are observed by H. 5) Since bothabundance, there are no interference between 1H-13C and 1H-15N during dual CP. Unlike uniformly 13C, 15N
are no interference between 1H-13C and 1H-15N during dual CP. Unlike uniformly 13C, 15N labeled samples,labeled samples, no signal loss is expected. The developed dual sequence based on the heteronuclear single
no signal loss is expected. The developed dual sequence basedon the heteronuclear single quantum coherence
quantum coherence (HSQC) was demonstrated by 2D 15N/1H and 13C/1H correlation spectra of naturally
15
1
13
1
(HSQC) was demonstrated by 2D N/ H and C/ H correlation spectra of naturally abundant N-formyl-Labundant N-formyl-L-methionyl-L-leucyl-L-phenylalanine (f-MLF-OH) at the fast MAS (80 kHz) as
methionyl-L-leucyl-L-phenylalanine (f-MLF-OH) at the fast MAS (80 kHz) as shown in Figure 2.
shown in Figure 2.

日本核磁気共鳴学会

resultant 13C magnetizations are transferred to 1H followed by 1H detection. Finally, 15N magnetizations are

45

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

若手ポスター賞（3 社合同賞）

P22

NMRとSAXSによるRNA結合性マルチドメインタンパク質Nrd1の構造解析○小林彩保1，永井敢1，佐藤亮介2，伊藤隆1，杉浦麗子2，三島正規1
首都大・理工，2近畿大・薬1Structural studies of the RNA-binding multi-domain protein Nrd1 by NMR and SAXS○Ayaho Kobayashi1, Kan Nagai1, Ryosuke Satoh2, Yutaka Ito1, Reiko Sugiura2 and Masaki Mishima1
1

Graduate School of Science and Engineering, Tokyo Metropolitan University

2

School of Pharmaceutical Sciences, Kinki University
Nrd1 (Negative regulator of differentiation 1), a multi-domain protein, consists of four RRMs (RNArecognition motif), which one of the key components of stress granules. In addition, Nrd1 functions as an
RNA-binding protein and the physiological role is known as a negative regulator of sexual differentiationin fission yeast. Recently, it has been revealed that Nrd1 also regulates cytokinesis, in which physicalseparation of the cell is achieved by a contractile ring comprising many proteins including actin and myosin.
Nrd1 binds and stabilizes the mRNA of Cdc4, which encodes a myosin II light chain, required forcytokinesis. Interestingly, Nrd1 is phosphorylated by Pmk1 (fission yeast MAPK) and results in markedly
reduced RNA binding activity. The mechanism by which Pmk1 regulates the RNA binding activity of Nrd1
is unknown. In an effort to delineate the relationship between Nrd1 structure and function, we took the
combination approach that utilize NMR and SAXS (small angle X-ray scattering).
【序論】
Nrd1は4つのRRMドメイン(RNA recognition motif)を持つ分裂酵母のRNA結合タンパク質で，アクトミオシ
ン環の収縮に必須なミオシンIIの軽鎖をコードする
Cdc4のmRNAに結合し安定化することで，細胞質分裂を制御することが知られている(1)．興味深いことに，
Nrd1は，Pmk1 MAPキナーゼによってThr40及びThr126がリン酸化されるとRNA結合能が抑制される(Fig. 1)(1)．
またストレス顆粒に取り込まれ，その形成に重要な役割を果たすことが知られており，その際，Cpc2(RAC
K1)と結合する(2)．本研究は，マルチドメインタンパク質であるNrd1の構造解析により，MAPキナーゼによる翻訳マシナリーの直接のリン酸化が分子スイッチとして機能するメカニズムを明らかにすることを目的
若手ポスター賞選考経緯報告としている．柔軟なリンカーによってRRMが結ばれた

Fig. 1. Biological background.

数珠状の構造を成すNrd1の構造解析をNMRとSAXS(Top) Schematic drawing of Nrd1 function.

により行い，結晶化が困難であるマルチドメインタン(Bottom) The domain organization of Nrd1.

パク質の構造解析の手法の確立も目指している．
SAXS，マルチドメインタンパク質○こばやしあやほ，ながいかん，さとうりょうすけ，いとうゆたか，すぎうられいこ，みしまま
さき− 156 −46

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.847

日本核磁気共鳴学会

The 1H-15N HSQC spectra of the 15N -labeled RRM1, RRM2, and RRM3-4 shown of the left, middle
and right, respectively. The spectra of RNA-free and 4-fold excess unlabeled UUCUU are shown inblack and red, respectively.
【結果】
RNAとの結合実験
はじめに，Nrd1のどの領域がRNAとの結合に重要であるのかを調べるため，各RRMごとに発現系を作製し，その調製を行い，NMRによるCdc4 mRNAとの結合実験を行った．大変興味深いことに ， Pmk1 に よ り リ ン 酸 化 さ れ る Thr126 が 存 在 す る RRM1 で は RNA と の 結 合 が 見 ら れ ず ，
RRM3-RRM4タンデム領域で比較的強い結合が確認された(Fig. 2)．RRM3単独サンプルは高塩濃度下においてのみ調製可能であったため，RNAとの結合実験を行うことができなかったが，RRM4
単独ではRNAとの結合が見られなかったことから，RRM3がRNAとの結合に重要であることが示
唆された．
RRM間の相互作用
RNAとの結合実験の結果，直接リン酸化されるRRM1ではなく，リン酸化部位からはアミノ酸
配列的には遠いRRM3がRNAとの結合に重要であることが示唆されたことから，Nrd1のRNA結合能の制御を理解するためには，ドメイン間の配置がリン酸化によってどのように変化するのかを調べる必要がある．そこで，RRM1-RRM2のタンデム領域と該当する各RRM単独の1H-15N HSQC
スペクトルを比較したところ，化学シフトは一致しなかったことから，RRM1とRRM2のドメイン間相互作用の存在が示唆された．RRM3-RRM4タンデム領域に関しても同様の結果が得られた．4
つのRRM全てを含んだ領域であるRRM1-2-3-4についてもサンプル調製に成功し，スペクトルをRRM1-2及びRRM3-4と比較したところ，それぞれのスペクトルと一致した(Fig. 3)．したがって，
RRM1-2とRRM3-4の間には相互作用が存在しないことが示唆された．また，RRM2-3，RRM1-2-3のサンプル調製も行ったが，どちらも凝集を起こした．RRM1-2-3-4, RRM2-3-4, RRM3-4でのサン
プル調製には成功しており，RRM4はRRM3の安定化に寄与していると考えられた．
Fig. 3. The 1H-15N HSQC spectra of RRM1-2-3-4, RRM1-2
and RRM3-4.
The spectra of RRM1-2-3-4 in black, RRM1-2 in light gray,and RRM3-4 in dark gray are superimposed. The peaks of
RRM1-2 and RRM3-4 were well corresponded to those of
RRM 1-2-3-4.

− 157 −NMR 2017 8巻

Fig. 2. The 1H-15N HSQC spectra of RRM1, RRM2 and RRM3-4.

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

若手ポスター賞（3 社合同賞）

P74

若手ポスター賞選考経緯報告48

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.849

日本核磁気共鳴学会
NMR 2017 8巻

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

若手ポスター賞（3 社合同賞）

P82

若手ポスター賞選考経緯報告50

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.851

日本核磁気共鳴学会
NMR 2017 8巻

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

若手ポスター賞選考経緯報告52

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.853

日本核磁気共鳴学会
NMR 2017 8巻

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

若手ポスター賞（3 社合同賞）

P86

若手ポスター賞選考経緯報告54

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.855

日本核磁気共鳴学会
NMR 2017 8巻

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

若手ポスター賞（3 社合同賞）

P90

NMR-NQR二重共鳴法を用いたNQR信号高感度化○大平龍太郎，大田垣祐衣，韓猛，宮戸祐治，赤羽英夫
大阪大学・大学院・基礎工学研究科

NMR-NQR double resonance technique for enhancement of NQR signals○Ryutaro Ohira, Yui Otagaki, Meng Han, Yuji Miyato, Hideo Sato-Akaba
Department of Engineering Science, Osaka University
Nuclear quadrupole resonance (NQR) is a promising method for detection of the counterfeit medicines,
since almost all of the pharmaceutical products contain nitrogen with the nuclear quadrupole spins, and their
NQR frequencies are specific to the crystal structures. However, NQR signals are too weak to be measured
within a reasonable detection time from a small amount of sample such as tablets. In order to increase the
NQR signal intensity, we used NMR-NQR double resonance technique, which enhances the NQR signal
intensities by transferring polarization from 1H spin and 14N spin systems via dipole-dipole interaction. A
prototype of the experimental equipment to observe the effect of NMR-NQR double resonance wasdeveloped, and the signal enhancement factors were evaluated due to the cross polarization. Four of the tested
five samples showed the signal enhancement and their enhancement factors were 1.7, 17, 9.1 and 7, for
imidazole, metformin hydrochloride, diethylamine hydrochloride and acetaminophen, respectively.
[序論] 核四極共鳴(NQR)は、四極子核と電場勾配との電気的な相互作用によって核スピンのエネ
ルギー準位が分裂することで生じる磁気共鳴現象である。また、NQR周波数は物質に固有である
ため、物質同定法として有効である。そこで、多くの医薬品が四極子モーメントを持つ窒素原子核を含む点に着目し、近年世界的な脅威となっている偽造医薬品のNQR法を用いた摘発技術が期待されている1)。しかし、NQR信号は非常に信号強度が弱く、医薬品のような微量サンプルから短時間に十分な信号対ノイズ比を得ることは困難である。そこで、NQR信号の高感度化技術として、事前分極した水素原子核の磁化を窒素原子核に移動させる交差分極NMR-NQR二重共鳴法2)が報告されている。本研究では、NMR-NQR二重共鳴法を利用した実験装置を作製し、実際に5種類の医薬品もしくはその原料からNQR信号を取得することでNMR-NQR二重共鳴法の有用性を検討した。
[交差分極NMR-NQR二重共鳴法] 交差分極法とは、静磁場下で試料に含まれる水素原子核を事前に分極させ、水素原子核のスピン系が得た磁化を窒素原子核のスピン系に移すことによって、窒素原子核スピンの分布比を操作する手法である。つまり、磁化移動により励起可能な窒素原子核
スピンの数が多くなり、NQR信号の高感度化が可能になる。
まず、熱平衡状態における水素原子核と窒素原子核のスピン系を考えると、エネルギー準位間若手ポスター賞選考経緯報告56におけるスピンの分布比は、両者ともにボルツマン分布に従う。ここで、水素原子核の2準位間の核スピンの分布比∆𝑁𝑁P は、ゼーマンエネルギー𝐸𝐸H を用い(1)式のように書ける。
∆𝑁𝑁P = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(− 𝐸𝐸P ⁄𝑘𝑘𝑘𝑘P ) = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(− ℎ𝜈𝜈P ⁄𝑘𝑘𝑘𝑘P )NQR，二重共鳴，偽造医薬品○おおひらりゅうたろう，おおたがきゆい，かんもう，みやとゆうじ，あかばひでお

(1)

57

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

メントを有する窒素原子核スピンの分布比∆𝑁𝑁Q も同様にして、四極子核と電場勾配との相互作用∆𝑁𝑁Q = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒− 𝐸𝐸Q ⁄𝑘𝑘𝑘𝑘Q ) = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒𝑒𝑒Q ⁄𝑘𝑘𝑘𝑘Q )(2)

ただし、𝑇𝑇Q を窒素原子核のスピン温度、𝜈𝜈Q を窒素原子核のNQR共鳴周波数とする。ここで、水素原子核の磁気回転比(ΥP )は窒素原子核のそれ(ΥQ )に比べて14倍である。つまり、ΥP > ΥQ となるため、高磁場下においては、水素原子核のNMR共鳴周波数は窒素原子核のNQR共鳴周波数よりも大きく、(1), (2)式より以下の関係が成り立つ。

∆𝑁𝑁P > ∆𝑁𝑁Q

(3)

ここで、水素原子核の格子緩和時間より速く、外部磁場の印加を止めた場合において、スピン
温度の観点から両者のスピン分布差について議論する。(1),(2),(3)式からわかるように、水素原子
核のスピン系は冷たい熱浴、窒素原子核のスピン系は暖かい熱浴であると考えることができる。
ここで、外部磁場の強度を(4)式の条件を満たすように調整することによって、両者のスピン系の熱的接触が実現される。
ℎ𝛾𝛾P 𝐵𝐵⁄𝐵𝐵𝐵 = ℎ𝜈𝜈P = ℎ𝜈𝜈Q

(4)

この状態において、それぞれの原子核スピンの分布差は、異種スピン間の磁気双極子相互作用
を通じ、(5)式を達成するように拡散する。
∆𝑁𝑁P = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒(− ℎ𝜈𝜈P ⁄𝑘𝑘𝑘𝑘S ) = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒𝑒𝑒Q ⁄𝑘𝑘𝑘𝑘S ) = ∆𝑁𝑁Q

(5)

ただし、𝑇𝑇S は熱的接触によって新たに達成される熱平衡状態にある両者共通のスピン温度である。以上の過程を模式的に示したものが、Fig.1であり、交差分極の前後でスピンの分布差が変化する。さらに、Fig.2に示すように、四極子モーメントに起因する窒素原子核スピンのエネルギー準位は3つ存在するので、交差分極の過程が3回起こる。その結果、窒素原子核スピンの分布差が拡大し、NQR信号増幅されることになる。

Fig.1 Schematic diagram of energy diagram (a)before and (b) after cross polarization. When 1H
NMR and 14N NQR energy splittings become
equal (level crossing), the relative spin populationdifference equalize via dipole-dipole interaction.

Fig.2 Schematic diagram of level crossings during
the 1H demagnetization process. 14N has threedifferent NQR frequencies, which means the levelcrossing occurs three times during thedemagnetization process.

[実験方法] Fig.3 に示すような計測装置を構築した。まず、永久磁石からなる磁気回路を用いるこ

NMR 2017 8巻

によって分裂するエネルギー準位の大きさを𝐸𝐸Q とすると(2)式のように書ける。

日本核磁気共鳴学会

ただし、𝑇𝑇P を水素原子核のスピン温度、𝜈𝜈P を水素原子核のNMR共鳴周波数とした。四極子モーBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8とで試料を静磁場下に一定時間置き、分極させる。その後、試料を試料移動機構を用いて、NQR
検出用プローブの位置まで移動させる。その際、移動機構の制御回路は、NQR spectrometer(TECMAG 社, Apollo)から出力させるトリガー
信号に同期させ、移動用コイルに流す電流を制御する。移動用コイルは左右 2 つあり、Fig.3 に示した場合には、左側の移動用コイルに発生させた磁場と反発することにより、移動用磁石が左から右へ移動し、右側の移動用コイルには、吸引するように磁場を発生させて、移動用磁石を停止させる。この時、移動用コイルに連結さ Fig.3 Schematic diagram of the NQR measurement
せたアクリルの棒の先にある試料が NQR プロ system using cross polarization method.
ーブの中心に移動することになる。NQR 励起用パルスシーケンスは、試料が NQR プローブに到達すると同時に開始し、NQR 信号を取得できる仕組みとなっている。また、窒素原子核スピンも外部磁場とゼーマン相互作用が加わると、四極子エネルギーの分裂幅に分布が生じ、NQR 信号の取得が困難になる。そのため、NQR プローブ近傍の磁場を低減する必要がある。NQR プローブ
近傍の磁場強度と NQR 信号強度の関係を調べた結果、NQR プローブ近傍磁場強度が 1 mT よりも小さければ、その影響をほぼ無視できることが分かった。そこで、NQR プローブを磁気シール
ドで覆うことにした。試料は、医薬品等の主成分であるイミダゾール、メトホルミン塩酸塩、ジエチルアミン塩酸塩、アセトアミノフェン、HMT の 5 種類を用いた。また、励起パルスシーケン
スとして、高感度検出に有利な Spin-Locking Spin-Echo (SLSE)法を主に用い、格子緩和時間が短い
HMT (hexamethylenetetramine)には Strong Off Resonance Comb (SORC)法を用いた。
Table 1 NQR frequency, sample weight, polarization time, spin[ 結 果 と 考 察 ] 試 料 そ れ ぞ れ の lattice relaxation time and measured enhancement factor of each
NQR周波数、および試料の質量、 sample.
分極時間、スピン-格子緩和時間な
らびに実験で得られた信号の増加率をTable. 1に記載する。また、
Fig.4にはHMTを除いた4種類の物を調べた結果を示す。ここで増加率は、分極により飽和した信号強度を分極前の信号強度で割ることにより算出した。
HMT以外の試料において信号の増強が確認
若手ポスター賞選考経緯報告58された。一方、HMTでは、信号の増強が確認
できなかった。その理由は、HMTにおいて
14

Nのスピン-格子緩和時間が試料の移動時

間(160 ms)に比べ20倍短いことから、信号計
測時には、励起された分極が交差分極前のNormalized NQR signal intensity [a.u]質の分極時間と信号強度の関係
1

0.5

0
0

：Imidazole：Diethylamine hydrochloride：Metformin hydrochloride：Acetaminophen

50
Polarization time [s]100熱平衡状態に戻ってしまったためだと考え Fig.4 Dependence of the NQR signal intensity ofimidazole, diethylamine hydrochloride, metforminられる。次に、メトホルミン塩酸塩を試料 hydrochloride and acetaminophen on polarization time.

59

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

日本核磁気共鳴学会

8

4
2
0
0

Fig.5 Schematic diagram of single measurement
sequence for metformin hydrochloride.

40

80
120
Polarization time [s]160

Fig.6 Dependence of signal-to-noise ratio onpolarization time for metformin hydrochloride.

として積算回数1回の条件でNQR信号のS/N比と分極時間の関係を調べた。分極時間を、3 sから
160 sの範囲に設定し、Fig.5に示すシーケンスを用いて計測を行った。その結果がFig.6であり、交差分極を用いることで信号強度が増強されており、100mg以下の試料であっても、積算1回でNQR信号を検出できることが示せた。
さらに、装置の再現性評価として、実際の医薬品タブレット(アセトアミノフェン)を用いて、NQR
信号のばらつきを調べた。実験の条件として、分極時間 22 s、積算回数 16回、パルスシーケン
スとしてSLSEを用いて、エコー信号の取得回数を500, 1000, 2000回とした3通りの場合に対し、
NQR信号をそれぞれ10回測定した。得られた結果の平均値を1として規格化し、それぞれの場合に対し標準偏差を計算してみると、500回：0.014, 1000回：0.054, 2000回：0.034 という結果が得られた。本研究の目的は、偽造医薬品の摘発技術への応用であり、この結果から本装置は、十分実用に耐えうる精度を有していると考えられる。
以上の結果より、NMR-NQR二重共鳴法を用いることで、試料の移動時間よりもスピン-格子緩和時間が短いHMT除いた4種類の試料で信号強度の増強が確認できた。以上より、NMR-NQR二重共鳴法がNQR信号のS/N比の改善に非常に有効な手段であることが示せた。また、本研究で用いた装置系の評価も行い、その結果、一定の信頼性を保っていることを確認した。今後の展望としては、可搬型でより経済的な偽造医薬品検査装置の開発に取り組むことを考えている。
[謝辞] 本研究はJSPS科研費 JP26702007の助成を受けたものです。
[参考文献]
1)Jamie Barras, Darragh Murnane, Kaspar Althoefer, Sulaf Assi, Michael D. Rowe, Iain J. F. Poplett,Georgia Kyriakidou, John A. S. Smith, “Nitrogen-14 Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy: A
Promising Analytical Methodology for Medicines Authentication and Counterfeit Antimalarial Analysis”,
Anal. Chem., 2013, 85 (5), pp 2746–2753
2) Janko Lužnik, Janez Pirnat, Vojko Jazbinšek, Tomaž Apih, Robert Blinc, Janez Seliger and Zvonko
Trontelj, “Improved 14N nuclear quadrupole resonance detection of trinitrotoluene using polarizationtransfer from protons to 14N nuclei”, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 102, 084903 (2007)

NMR 2017 8巻

S/N ratio

6

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

若手ポスター賞（3 社合同賞）

P102

Satellite transition selective {27Al}/1H D-HMQC experiment at very
fast MAS for the determination of quadrupolar coupling constants
1

1,2

1,2

Nghia Tuan Duong1, Manoj Kumar Pandey1,2, and Yusuke Nishiyama1,2.
1

RIKENCLST-JEOL
CLST-JEOL
collaboration
Yokohama,
RIKEN
collaboration
center,center,
RIKEN,RIKEN,
Yokohama,
KanagawaKanagawa
230-0045,

230-0045, JapanJapan
2

JEOL RESONANCE Inc., Musashino, Akishima, Tokyo 196-8558, Japan

Solid-state Nuclear
Nuclear Magnetic
Magnetic ResonanceResonance (ssNMR)(ssNMR) spectroscopy
spectroscopy isis a powerful analytical
Solid-state
analytical technique
technique totocharacterize thethe atomic-levelatomic-levelstructure
structureandanddynamics
dynamicsof ofmaterials.
However,
unlikeI =the½,applithe
characterizematerials.
However,
unlikespinspin
I = ½,
applicationsof ssNMR
to quadrupolar> ½)-containing
materialsarearestill
stilllimited
limitedowing
owing toto the large
cationsof ssNMR
to quadrupolar(I >(I ½)-containing
materials
large
anisotropicinteraction,arisingfromtheinteractionofelectric
quadrupolar
momentandelectricfield
anisotropic interaction, arising from the interaction of electric quadrupolar moment and electric field gradient.
gradient.
This interaction,
not completely
by magic-angle(MAS), severely
theThisinteraction,
not completely
averaged averaged
by magic-angle
spinning spinning(MAS), severely
broadensbroadens
the spectral
spectrallines, resulting
the low andresolution
and low ofsensitivity
acquired
spectra,thepreventing
lines,
resultingin the lowinresolution
low sensitivity
acquired ofspectra,preventing
extractiontheof11
is a(2D)
two sophisticateddimensional
extractionof valuable
structuralMultiple
information.
Multiple
Quantum MAS(MQMAS)valuable
structural
information.
QuantumMAS (MQMAS)
is a two
dimensional(2D) sophisticatedtechniquethat enables
the acquisitionof highfor
resolution
spectrafor half-integer
nuclei,techniquethat enables
the acquisitionof high
resolution spectra
half-integer
nuclei,hence facilitate
thehence facilitate
the structural
From thenot
spectranot only
theofnumberofstructuralinvestigations.
Frominvestigations.
the spectra acquired,
only acquired,
are the number
ofare
sites
nuclei ofof sitesinterest, ηthewell as thechemical
shift
nuclei of interest
determinedalso are theirquadrupolar
(CQas
Q) as
determined
but also
are theirbut
quadrupolar
parameters(C parameters, η ) as wellchemical
shift
information
Q

Q

informationDespiteextracted.
Despitebeing
used for characterizing
materials containing
extracted.
being
widelyusedwidelyfor characterizing
materials containing
quadrupolarquadrupolar
nuclei, thenuclei,thedisadvantagesofthistechnique
lie
on
two
points.
The
first
point
is
the
inefficiency
inexciting
disadvantages of this technique lie on two points. The first point is the inefficiency in exciting
sites

sites experiencing
quadrupolarinteraction
the excitationof forbidden
quantum
is required.
experiencing
large large
quadrupolarinteraction
sincesince
the excitationof forbidden
tripletriple
quantum
is required.
The
2
is
time
consuming.
The second point is the analytical fitting of MQMAS by SIMPSON simulation2
second point is the analytical fitting of MQMAS by SIMPSON simulation is time consuming.
3,4The(D-HMQC)3,4
at very fast
fast MAS
MAS isis
Theproton-detected
proton-detected dipolar
dipolar heteronuclear
heteronuclear multi-quantum coherence (D-HMQC)

one ofofthe
thealternatives
alternativestotoalleviate
alleviatethethe
problematic
issueswhen
studying
quadrupolar
nuclei.
By utilizingone
problematic
issueswhen
studying
quadrupolar
nuclei.
By utilizing
this
this approach,the advantages
are multifold,includingthe sensitivity
larger sensitivity
as isproton
is detected;
betterapproach,
the advantages
are multifold,includingthe larger
as protondetected;
better resolved
11
H and quadrupolar
nuclei;andringing
probe ringing
avoidance.
Furthermore,
resolved correlation
peaks between
correlation
peaks between
H and quadrupolar
nuclei; andprobe
avoidance.
Furthermore,
recent1 35
1Cl on
pharmaceuticalcompounds
recent has
study
has demonstrated
the applicationof D-HMQC
to probe
study
demonstrated
the applicationof D-HMQC
to probe
H/35H/
Cl on
pharmaceuticalcompoundstotodetermine
quadrupolar
coupling
constant
(C
)
based
on
the
relative
shift
difference
between
the
ST
and
Q
determine quadrupolar coupling constant (CQ) basedon the relative shift difference between the ST and the55the central
transition
peaks.
centraltransition(CT)(CT)
peaks.

27
The
spin II == 5/2,
5/2, namely
namely 27
Al; andand kaolin
kaolin was
was
The applicability
applicability ofof thisthis technique
technique isis further
further investigatedinvestigated on
on spin
Al;
used
since
it consistsof oneofsite,thisandsite thisdoes site
not experiencelarge quadrupolarinteraction.6
used asasthe
thesample
samplesince
it consists
oneandsite,
does not experiencelarge quadrupolar

6 is not a straightforward study owing to the intrinsic characteristics of 27Al nucleus and27theHowever
thisinteraction.
However this is not a straightforward study owing to the intrinsic characteristics of Al

conventional
D-HMQC,
especially
if the quadrupolaris smallinteraction
like kaolin.
thelikefirstkaolin.
point, 27
Alnucleus and theconventional
D-HMQC,
especially ifinteraction
the quadrupolar
is Forsmall
For
27 transitions, namely CT and inner (ST1) and outer (ST2) ST, in which CT and ST1 areconsistsofthree
the first point, Al consists of three transitions, namely CT and inner (ST1) and outer (ST2) ST, in which

若手ポスター賞選考経緯報告

partially
unresolved
no matter
how “soft”
the radiofrequency
pulse is. Regarding
theis.conventional
DCT and ST1
are partiallyunresolved
no matter
how “soft” the(rf)radiofrequency(rf) pulse
Regarding the
1
27
1
27
HMQC,
the TD-HMQC,’ of H detrimentallythe resolutionof resolution
Al in theofindirect
dimension.
In order todetrimentallyaffect the
Al in theindirect dimension.
conventional
the T2’ of Haffect2
7
overcome
limitations
for reliablefor
CQreliableachievement,
we performed
constant time
D-HMQC, in which7,
In order totheseovercomethese limitations
CQ achievement,
we performed
constant
time D-HMQC

thetime duration
recoupling
blocks is fixed.
advantageof this modified
in whichthe timebetween
durationtwo
betweentwo recoupling
blocksThe
is fixed.
The advantageof this version
modifiedcomparedversioncompared

Keywords: Constant time D-HMQC at very fast MAS; 1D satellite selective excitation experiment;
Keywords: Constanttime D-HMQC
at very fast
excitation experiment;
quadrupolar
coupling constant(CQ) determination
for MAS;
spin I =1D
5/2satellite
nuclei (27selectiveAl)− 338 −

60

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

61

to conventional D-HMQC is that the broadening effect caused by T2’ of 1H in the indirect dimension is

日本核磁気共鳴学会

alleviated, hence providing better resolution for 27Al spectrum. Moreover, no peaks shift or splitting wereobserved unlike the conventional D-HMQC.

center bands of STs, hence dramatically reduces the intensity for these transitions. As 27Al CT is not affectedby the first order quadrupolar interactions, under MAS condition this is the only detectable peak in theindirect dimension; hence this resonance is reliably assigned.

Figure 1. (a) The 2D 1H-27Al correlation spectra acquired by constant time D-HMQC at MAS frequency of
70 kHz, in which the indirect dimension was set to 210 kHz and (b) the projection of the indirect dimension
was (up) and was not (bottom) shifted by the spinning frequency of 70 kHz. The arrows in (b) help
visualization of the shift of identical resonances while the ellipses denote the shift differences between thessb of STs with the CT and center band STs.
After the precise assignment of the CT resonance, the next step is the ST shifts determination. In thisstudy, we performed constant time D-HMQC at very fast MAS (70 kHz) under rotor-synchronization with
the indirect dimension equal to 210 kHz, three times the spinning frequency. As STs are affected by the firstorder quadrupolar coupling, this results in the occurrence of ssb in the spectrum. Hence, based on the shiftsof spinning sidebands, we could identify the ST shifts as shown in Figure 1(a) and (b).
Knowing the shifts of CT and ST1 and assuming ηQ equal to 0.5, CQ, is estimated to 3.5 MHz, which is inexcellent agreement with literature.6 Since the experiment with large indirect bandwidth is time-consuming,and low sensitivity was achieved, we further developed selective sidebands excitation approach for getting
ST resonances. Instead of applying rf field at the center band resonance, it is applied to the first ssb, namely
at 460 ppm for the sake of intensity. The aim of this experiment is to selectively excite the ssb of STs, not thecenter bands; and from the direct one-dimensional (1D) spectrum, the ST resonances would be precisely
acquired. Numerical simulations were performed (not shown) so that the intensity of center band is negligible

NMR 2017 8巻

The CT shift was determined by the use of constant time D-HMQC without rotor-synchronization in the
t1 dimension. The unsynchronized indirect dimension prevents the overlap of spinning sidebands (ssb) to theBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

compared to those of ssb STs. The experiment for numerical verification was demonstrated in Figure 2 below.
Based on the ST resonances from this 1D experiment and the CT shift achieved above, CQ is calculated to
3.3 MHz, still in good agreement with literature.6 Further step was performed for higher resolution by theapplication of similar 1D satellite selective experimental conditions to the conventional D-HMQC, the shiftsof STs were identified and CQ was calculated to 3.3 MHz, which provided similar results as the 1D experiment
aforementioned. The reason for similar result obtained could be explained owing to the utilization of
conventional D-HMQC, leading to the broadening effect of 27Al nucleus in the indirect dimension.

Figure 2. The one-dimensional 27Al spectrum acquired by the application of rf field at the first ssb (460 ppm) insteadof the center band at 10 ppm. At the optimized conditions, it is observed that the intensities of centerband peaks are one tenth compared to that of the ssb of ST1, leading to no significant interference of centerband resonance to the shifts of the ssb ST peaks. The asterisk denotes the spinning sidebands.
In short, this study provided the utilization of constant time D-HMQC for the precise determinations of CT
and STs shifts, from which the CQ of 27Al (I = 5/2) could be derived, which is in excellent agreement withliterature. The selective sidebands excitation method is another alternative approach for the STs
measurements, providing a reliable CQ value. For the perspective, we aim to apply these approaches for
若手ポスター賞選考経緯報告62

investigating of more complex systems where more than one sites are involved.
REFERENCES
1. Frydman, L. & Harwood, J. S. Isotropic Spectra of Half-Integer Quadrupolar Spins from Bidimensional
Magic-Angle Spinning NMR. J. Am. Chem. Soc. 117, 5367–5368 (1995).
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NMR spectroscopy. J. Magn. Reson. 147, 296–330 (2000).
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recoupling. J. Magn. Reson. 184, 39–43 (2007).

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.863

4. Cavadini, S., Abraham, A. & Bodenhausen, G. Proton-detected nitrogen-14 NMR by recoupling of

日本核磁気共鳴学会

heteronuclear dipolar interactions using symmetry-based sequences. Chem. Phys. Lett. 445, 1–5 (2007).
5. Pandey, M. K., Kato, H., Ishii, Y. & Nishiyama, Y. Two-dimensional proton-detected 35Cl/1H correlation
compounds. Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 6209–6216 (2016).
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of quadrupolar nuclei. Do five-, seven- and nine-quantum experiments yield higher resolution than thethree-quantum experiment? Solid State Nucl. Magn. Reson. 16, 203–215 (2000).
7. Rossini, A. J., Hanrahan, M. P. & Thuo, M. M. Rapid Acquisition of Wideline MAS Solid-state NMR
Spectra with Fast MAS, Indirect Proton Detection, and Dipolar HMQC Pulse Sequences. Phys. Chem.
Chem. Phys. (2016). doi:10.1039/C6CP04279A

NMR 2017 8巻

solid-state NMR experiment under fast magic angle sample spinning: Application to pharmaceuticalBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

NMR 基礎講座

常磁性効果の基礎と生体高分子解析への応用
理化学研究所生命システム研究センター

八木 宏昌
hiromasa.yagi@riken.jp

はじめに永久磁石となる磁気双極子モーメントを持つため、常磁性効果を生体系（特にタンパク質）NMR に

静磁場中に置かれるとその方向に弱く磁化する性利用した研究は、1970 年代初頭に一次元 H-NMR質がある。電子の磁気双極子モーメントの大きさはによるヘムタンパク質の活性中心の構造解析に始水素原子のそれに比べおよそ 660 倍大きいので、核

まり、80 年代には金属結合タンパク質の構造解析

スピンとの相互作用は非常に強く、核スピン同士のへと発展した。さらにここ十数年で、その応用範囲

あらゆる相互作用を超える距離範囲で影響を及ぼは急速な広がりを見せ、今や常磁性 NMR は金属結す。そのため、常磁性効果を利用することで長距合タンパク質以外にも適用できるスタンダードな手離の構造情報を獲得することが出来る。不対電子法になりつつある。その要因として、第一にタンパ

は有機ラジカルや遷移金属原子にみられる。通常、

ク質への常磁性標識が比較的容易に行えるように

有機ラジカルは反応性が非常に高いため水溶液中なったことが挙げられる。ケミカルバイオロジーので常磁性体として存在するケースは稀であるが、ニ発展に伴い、構造生物学の分野にも有機合成の研

トロキシラジカルは安定に存在する。一方、遷移金究者が参入し、多種多様な常磁性金属キレート剤

属に関しては、Mn , Fe , Co , Cu 、そしてほ（常磁性タグ）が化学合成されるようになった。そとんど全てのランタノイド（図 1）が不対電子を持つの結果、目的タンパク質への部位特異的な常磁性常磁性体である。

1

2＋

2＋

2＋

2＋

標識がある程度自由な箇所に安定に施せるようになった。次に、常磁性効果を解析するツールが充NMR基礎講座
64

反磁性リファレンスの重要性実してきたことも挙げられる。CYANA や XPLOR-

意外と見落とされがちなのが反磁性リファレ

NIH あるいは CS-ROSETTA などの構造計算ソフ

ン ス の 重 要 性 で あ る。 常 磁 性 効 果 とは 常 磁 性

トに常磁性効果から得られる拘束条件を組みこむと反磁性の差で定義されているため反磁性のリことが出来るようになってきた。さらに、NMR のファレンスは正確な常磁性効果を求めるうえで解析対象が複雑になり、マルチドメインを持つタ必 須 で あ る。 例 え ば、MTSL（S -(1-oxyl-2,2,5,5-

ンパク質やタンパク質複合体などの大きな系の解

tetramethyl-2,5-dihydro- 1H-pyrrol-3-yl)methyl

析、あるいはリガンドとの相互作用解析など、構造

methanesulfonothioate）などのニトロキシラジカル

解析を行う上で遠距離の構造情報が必須となってを目的タンパク質に部位特異的に標識して常磁性ス

きたことも大きな要因の一つであると考えられる。

ペクトルを得たとする。その際、常磁性効果とはニ

本稿では常磁性効果の基本的な概念を紹介し、後トロキシラジカルの持つ不対電子を取り除いた反磁

半は常磁性効果の中でも特に擬コンタクトシフト

性スペクトルとの差である（ニトロキシラジカルを（pseudocontact shifts：PCS）に焦点をあて、測定

標識していない スペクトルとの差ではないことにの仕方および解析に関する注意点等を述べたいと注意したい）。一般的にはアスコルビン酸などの還思う。

元剤を使って、ラジカルをヒドロキシルアミンに置換することで不対電子を取り除いて反磁性スペクト

常磁性体と常磁性効果

ルを得る。遷移金属の場合、Mn および Co は化
2＋

2＋

NMR における常磁性効果とは、観測対象の分子2＋2＋
学的に性質が近い Mg および Zn をそれぞれの反に不対電子を持つイオンや原子（常磁性体）が結合

磁性リファレンスとして用いる。ランタノイドの場

あるいは接近すると、その分子の NMR 信号が変化

3＋3＋
合は原子番号 57 の La と 71 の Lu が反磁性リファする現象をいう。常磁性体は不対電子から生じる

レンスとなる（これらの原子はランタノイド原子群

受領日：2017 年 8 月 30 日 受理日：2017 年 9 月 6 日 編集委員：北原 亮

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.865

日本核磁気共鳴学会
NMR 2017 8巻

	  図 1 ランタノイドの常磁性性質

常磁性を示すランタノイドのみを表示した。タンパク質の H NMR 信号が PRE の影響を受ける範囲（分子の回転相関時間が  15 ns、800 MHz の 1H 周波数で測定し、80 Hz の広幅化が見られる領域）を黄色の円で示した。カルビンジン D9k のカルシウ
図 1   ランタノイドの常磁性性質  ム結合箇所にランタノイドを固定した際のχテンソルおよびΔχテンソルの値を表記し、±
5 ppm の PCS が観測される領域
［10］
［3］
1
を
isosurfaces
で表示した。電子の緩和時間
（τ
）
は
18.8
T
での値を記した。
e
常磁性を⽰示すランタノイドのみを表⽰示した。タンパク質のH   NMR 信号が PRE の1

  影響を受ける範囲（分⼦子の回転相関時間が 15  ns、800  MHz の 1H 周波数で測定し、80   Hz の広幅化が⾒見られる領域）を⻩黄⾊色の円で⽰示した。カルビンジン D9k のカルシ
ウム結合箇所にランタノイドを固定した際のcテンソルおよびDcテンソルの値を表記し、±5   ppm の PCS が観測される領域を isosurfaces   で表⽰示した[10]。電⼦子の緩和時間（te）は 18.8  T での値を記した[3]。  
  
  

  

図 2 磁化率テンソル（χテンソル）の等方性と異方性

2  y , 磁化率テンソル（cテンソル）の等⽅方性と異⽅方性  常磁性中心（赤丸）を原点として、χx図,χχz を主軸とした主軸座標系（principle axis system：PAS）で磁化率テンソル（χx,   cy,   cz を主軸とした主軸座標系（principle  テンソル）を表示した。常磁性中⼼心（⾚赤丸）を原点として、cA）等方性χテンソルを持つ場合は三軸の長さが等しい。
B）異方性χテンソル（Δχテンソル）を持
axis   system:   PAS）で磁化率テンソル（cテンソル）を表⽰示した。A)  等⽅方性cテンソ
つ場合は三軸の長さは等しくない。Δχテンソルはχテンソルの異方性成分であり、同じ座標系を共有する。式（2）で記述ルを持つ場合は三軸の⻑⾧長さが等しい。B)  異⽅方性cテンソル（Dcテンソル）を持つ場
される常磁性中心と 1H 核スピン（青丸）の距離 r と角度θ, φの関係を重ねて表示した。

合は三軸の⻑⾧長さは等しくない。Dcテンソルはcテンソルの異⽅方性成分であり、同じ座標系を共有する。式（2）で記述される常磁性中⼼心と 1H 核スピン（⻘青丸）の距離
r と⾓角度q, fの関係を重ねて表⽰示した。  
の最初と最後に位置する反磁性原子である）。どちル）で記述することができる。磁化率とは分子が磁    らの原子を使ってもあまり差し障りないが、厳密に場中に置かれた場合、どのくらい磁化しているか、は原子番号が早いものに関しては La を、遅いもあるいは磁場とどのくらいの強さで相互作用していのに関しては Lu を用いる方が、より原子半径がるかを表す指標である。分子のχテンソルは、常磁近いという理由で好ましい。ちなみに原子番号が中性中心を原点に置き、χx , χy , χz を主軸とした主軸間に位置するものに関しては Y を反磁性リファレ

座標系（principle axis system：PAS）で記述できるンスとして用いることを推奨する（Y は厳密には。それぞれの軸の長さは外部磁場によって誘（図 2）

ランタノイドではないが、その原子半径は Ho の起される電子の磁気双極子モーメントの大きさに対原子半径に近い）。

応する。今、三軸の長さが等しいときχテンソルは

3＋

3＋

3＋

3＋

3＋

。Mn2 ＋および Gd3 ＋は等方性等方性を示す（図 2A）

磁化率テンソルの等方性と異方性分子の持つ常磁性は磁化率テンソル（χテンソ

2＋のχテンソルを持つ。Cu およびニトロキシラジカ
2＋
ルは、ほとんど等方性である。一方、Co および

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

Gd3 ＋を除く全ての常磁性ランタノイドはχテンソル

ンの代表的な緩和機構の一つとして知られている。

。これは不対電子の持つ磁に異方性を持つ（図 2B）

また CSA はこれもまた代表的な核スピンの緩和機

気双極子モーメントの大きさが分子の回転によって構のひとつである双極子 - 双極子相互作用と交差相変調を受けることに由来する。χテンソルの異方性

関し、共有結合している二つの核スピン（例えば成分をΔχテンソルと呼び以下の式で記述できる。

アミド H と N）のダブレット成分に異なる線幅を15与えることが知られている。いわゆる TROSY の基

Δχax ＝χz − ( χx ＋χy )/2Δχrh ＝χx −χy1（1）となる現象である。さて Curie spin 機構（DSA）も

CSA と同様に核スピン間の双極子 - 双極子相互作用

ここでΔχax とΔχrh はそれぞれ、Δχテンソルのと交差相関し、こちらもダブレットの線幅に影響をaxial（ 軸）成分と rhombic（菱形）成分を表す。χ

［7］
与える 。さらに Curie spin 機構（DSA）は CSA とテンソルとΔχテンソルは同じ主軸座標系を共有すも交差相関する（このように Curie spin 機構が他のる。すなわちΔχテンソルの場合はχx ＝χy ＝χz が緩和機構と交差相関することを、cross-correlated

成り立たないことを意味する。

。Curie spin 機 構（DSA）
relaxation：CCR と呼 ぶ ）等方性もしくはほとんど等方性のχテンソルを持と CSA は、ともに分子の回転によって変調を受け

つ Mn , Gd , Cu およびニトロキシラジカルはる機構であるため、両者の相対的な位置関係によっ

不対電子の緩和時間が 10 ns 程度と比較的遅い。

てその交差相関は核スピンの緩和を強めあったり、

一方、χテンソルに異方性を持つ（Δχテンソルを弱めあったりする 。したがって PRE の主な要因示す）Gd を除く全ての常磁性ランタノイドは不対が Curie spin 機構の場合、緩和項の中に CSA との［3］電子の緩和時間が非常に速く 0.1 ps 程度である 。

交差相関が含まれるので、その取り扱いが複雑に電子の緩和時間の違いは核スピンの常磁性緩和になってしまう。PRE は Solomon 機構、Curie spin 機

異なった機構で寄与している。このことに関して事構によらず常磁性中心からの距離 r

項でもう少し詳しく述べることとする。

少するが、実際に観測する場合は上記の理由によ

2＋

3＋

2＋

［1, 2］

3＋

［8］

−6

に比例して減り solomon 機構が支配するニトロキシラジカルや常磁性緩和

Mn2 ＋および Gd3 ＋などを使う方が望ましい。

不対電子との双極子相互作用によって核スピンの横緩和時間が促進されると、常磁性中心からの距離に依存して NMR 信号の線幅が増大する。いΔχテンソルを持つ常磁性金属は常磁性緩和にわゆる常 磁 性 緩 和促 進（paramagnetic relaxation

加えて NMR 信号の化学シフト値にも変化を与え

enhancements：PRE）と 呼 ば れ る 現 象 で あ る。

る。この現象を常磁性シフトと呼ぶ。常磁性シフ

PRE の機構は前述の通り不対電子の緩和時間の違

トは化学結合を介するコンタクトシフト（contact

いによって二つのクラスに分類される。不対電子

shifts）と空間を通じて生じる擬コンタクトシフトの緩和時間が遅い場合、電子の磁気双極子モーメ（pseudocontact shifts：PCS）に分けられる。コン

ントの大きさは分子の回転によらず一定である。こタクトシフトは核スピン同士のスカラーカップリンの時に働く緩和機構を solomon 機構と呼ぶ 。一グ同様、共有結合の数や二面角に依存しており、方、ランタノイドのように不対電子の緩和時間がその影響は結合数が増えるにつれ急速に減少する。

分子の回転相関時間より著しく速い場合（タンパ

したがって直接金属に配位している原子核、もしく

ク質分子の回転相関時間が ns オーダーに対し、ラは極近傍の原子核にしかその影響を観測すること

ンタノイドが持つ不対電子の緩和時間は 0.1 ps 程ができない。ただし、そのような近距離にある核ス度）は、電子の磁気双極子モーメントの大きさはピンの NMR 信号は、強い PRE 効果によって観測

分子の回転に伴って変調を受ける。この時に働くすることが難しいため、タンパク質などの生体高分緩和機構を Curie spin 機構（あるいは単に Curie 緩子解析に必要な遠距離情報にはコンタクトシフトの和）と呼ぶ 。また Curie spin 機構は異方性双極子

影響は無視して考えても問題ない。一方、PCS は

遮 蔽（dipolar shielding anisotropy：DSA）とも 呼空間を通じて常磁性中心から 40 Å 程度の範囲まで

ばれ、数学的記述が化学シフト異方性（chemical

影響を及ぼす。PCS は ppm 単位で観測され、Δχshift anisotropy：CSA）と類似しており、CSA と同テンソル座標（図 2B）を用いて下記の式で記述でき様な取り扱いが行える 。ところで CSA は核スピ

［9］
る 。

［4］

NMR基礎講座

［5］

［6］

66

常磁性シフト67

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

Δδ

PCS

て、ランタノイドを使った PCS 測定を紹介する。

＝ 1/12πr [Δχax(3cos θ− 1) ＋
3

2

PCS は常磁性と反磁性ピークの化学シフト値の差なので単純に常磁性と反磁性スペクトルを一枚ずつ測定してその差を取れば良い。常磁性ピークの係をΔχテンソル座標系に対して極座標表記で記信号帰属は反磁性ピーク（信号帰属情報があるものしたものである。式（2）から分かるように PCS はとする）との比較から比較的容易に行える。 H/ N-に依存する。つまり PCS

HSQC スペクトル上のクロスピークは直接共有結合

は PRE と比べ 距離に対する依 存 性が 弱く、PRE

している H 核と N 核の相関であり、その核間距離の影響に妨げられることなく、より遠くの核スピ

はおよそ 1 Å 程度なので、常磁性中心とそれぞれのンまで観測できる。分子のどの位置にどれくらい核とを結ぶ距離に比べれば十分短い。したがっての大きさの PCS が観測されるかを視覚的に表現し同一残基の H 核と N 核は、 ほぼ同じ 値の PCSたものを isosurfaces と呼 ぶ。図 3A に isosurfaces

値になり、図 3B で示すように PCS は傾斜がほぼ 1とタンパク質の立体構造の重ね合わせを示した。

の右肩上がりの直線上に乗る。ランタノイドは化学

Isosurfaces の大きさと向きは、それぞれΔχテンソ

的性質が似ているので、常磁性中心を全てのランルの大きさと主軸座標系の向きを表している。青色

タノイドで置き換えることが可能である。一方で磁と赤色の領域には、それぞれ正（＋）と負（−）の気的性質は異なるので、それぞれのランタノイドは

PCS が観測され、色の濃さは PCS の大きさに対応

タンパク質分子に異なるΔχテンソルを与え （図している。分子に対する isosurfaces の位置関係、、観測される PCS の大きさもそれぞれで
1 を参照）

つまり分子に対して主軸座標系がどのように置かれ異なる。ただし、基本的にはそれらは全て同一直線

るかは、観測したすべての PCS が式（2）を満たす

上に乗る。PCS の大きさと向きは isosurfaces の大ようにΔχテンソルの値を決めることで決定される。

きさと向きに比例するので、それぞれの相対的な化分子と isosurfaces の位置関係が分かれば、逆に分学シフト値はおおよそ予測できる。例えば、Tm

子のどの位置にどれくらいの大きさの PCS が観測と Tb を使った場合、それぞれの常磁性ピークはされるかを予測することができる。次の項では PCS

3＋反磁性のピークを挟んで逆側に現れ、かつ Tb の測定に関してもう少し詳しく紹介する。

ピークは Tm のピークよりも少し大きくシフトし常磁性中心からの距離 r

−3

1

1

15

15

1

15

［10］

3＋

3＋

3＋

。こうした事前た位置に現れるはずである（図 3B）

PCS 測定情報を使えば常磁性ピークの信号帰属は比較的容

ここではタンパク質の NMR で汎用的に測定されている二次元 H/ N-HSQC スペクトルを例にとっ
1

15

易に行うことができる。
ところで、先ほど同一残基の H 核と N 核の PCS
1

15

  
図 3 Isosurfaces と PCS 測定
  A）ERp29 C 末ドメインの構造とisosurfaces を重ね合わせて表示した。Tb3 ＋を NTA-SH タグを用いてタンパク質に導入し、
図 χテンソルから
3     Isosurfaces  と
PCS 測定  
観測した PCS を構造にフィットして得られたΔ
isosurfacesを作成した。青色の領域は正（＋）
、赤色の領域1
15
3+は負（－）の PCS
0.7 ppmと± 0.2 ppm の PCS 値を示す。
BA)  を示し、色の濃い領域と薄い領域はそれぞれ±
ERp29   C 末ドメインの構造と isosurfaces
を重ね合わせて表⽰示した。Tbを）二次元 H/ N3＋
HSQC スペクトルによる
PCS 測定。ERp29 C 末ドメインに NTA-SH タグを用いて常磁性ランタノイドのTb （シアン）とNTA-­SH タグを⽤用いてタンパク質に導⼊入し、観測した
PCS を構造にフィットして得3＋
1
15-HSQC の部分スペクトルを重Tm3 ＋（赤）を導入したスペクトルと反磁性リファレンスのY（黒）を導入した二次元
H/
N
られたDcテンソルから
isosurfaces を作成した。⻘青⾊色の領域は正（+）、⾚赤⾊色の領域
3＋3＋3＋
ねて表示した。Tb （シアン）と Tm （赤）の常磁性ピークは反磁性の Y （黒）を挟んで反対方向に観測され、同一残基のは負（-‑）の PCS を⽰示し、⾊色の濃い領域と薄い領域はそれぞれ±0.7  ppmと±0.2  ppm3＋3＋三つのピークは直線上（破線）に乗る。また Tb （シアン）のピークは Tm （赤）のピークより少し大きくシフトしている。
1
15
の  
PCS
値を⽰示す。B)  ⼆二次元H/N-­HSQC
スペクトルによるPCS測定。ERp29  C3＋
3＋
これは Tb と Tm の持つ isosurfaces の性質の違いによる（図 1 参照）。
末ドメインに NTA-­SH タグを⽤用いて常磁性ランタノイドの Tb3+（シアン）と Tm3+
（⾚赤）を導⼊入したスペクトルと反磁性リファレンスの Y3+（⿊黒）を導⼊入した⼆二次元1
H/15N-­HSQC の部分スペクトルを重ねて表⽰示した。Tb3+（シアン）と Tm3+（⾚赤）の常磁性ピークは反磁性の Y3+（⿊黒）を挟んで反対⽅方向に観測され、同⼀一残基の三NMR 2017 8巻

ここで r, θ , φは電子と核スピンの距離と角度の関日本核磁気共鳴学会（2）

1.5Δχrh sin2θcos2φ]

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

は ほぼ同じ 値になると述べたが、実際には少しパク質に導入する。また融合ペプチドとジスルフィ

注意が必要である。常磁性効果には PRE、PCS のド結合を組み合わせることで LBT の運動性が抑え

他に分子を弱く配向させる効果もある（これによりられ、非常に効果的な PCS が獲得できる残余双極子相互作用：RDC の観測も可能である

合成 LBT は金属キレート剤に官能基を導入して標が本稿ではその詳細は省く）。このためランタノイ的タンパク質に化学修飾することで導入する

ド標識することにより化学シフト値にもわずかにくの場合は、ペプチド性 LBT と同様にタンパク質中影響を与える。この効果を残余異方性化学シフトのシステイン残基にジスルフィド結合を介して導入（residual anisotropic chemical shifts：RACS）と呼するが、最近は還元的環境下においても安定な結合

び、CSA の強い核ほど影響を受け、かつ磁場依存が形成できるように官能基に工夫がなされているも性もある。したがって高磁場で測定したアミド N。また、標的タンパク質に非天然のも多い （図 4）

核の PCS はわずかではあるが補正を加える必要がアミノ酸を導入し、その側鎖と LBT 側の官能基を特ある（同様な補正はカルボニル C 核にも必要であ異的に反応させることでシステイン残基に依存しな

る） 。

。化学合成
い導入方も開発されてきている （図 4）

15

13

［11］

。化学

［14］

。多

［15］

［15］

［15］

LBT の中でも、サイクレン骨格を持つ通称 DOTA

タンパク質へのランタノイド標識と呼ばれる化合物は飛び抜けて強い親和性（K d ＝〜

PCS を観測するためにはランタノイドを目的タン］
10 − 25 M）でランタノイドを結合する［16（図。通常
5）

パク質に導入する必要がある。多くの場合はランタ

PCS 測定は、予め LBT をタンパク質に付加し、後ノイド結合タグ（lanthanide binding tag：LBT）とから好みのランタノイドを滴定することで行われる。

呼ばれる金属キレート剤を使って導入する。LBT

しかしながら DOTA の場合はタンパク質が安定に存には大きく分けて、Ca 結合モチーフの EF ハンド

在できる水溶液条件下では、ランタノイドをサイクを改良したペプチド性のタグと化学合成タグとがあ

レン骨格内に挿入することが出来ない。したがってる。ペプチド性 LBT はタンパク質の末端に融合ペランタノイドを含んだまま化学合成する必要がある。

、一次配列上にシステ

その反面、測定中にランタノイドがタグから逸脱す

インを加えてタンパク質中のシステイン残基とジスる心配がなく、またランタノイドを後から滴定するすることで標的タン

必要がないのでタンパク質表面への非特異吸着の影

2＋

プチドとして結合させたり［12］

ルフィド結合を形成させたり

［13］

  

NMR基礎講座

図 4 化学合成 LBT のタンパク質への導入法
  化学合成 LBT（赤で表示、R にそれぞれの金属キレート構造）
を共有結合によってタンパク質へ導入する際の代表的な反応を
図 4     化学合成 LBT のタンパク質への導⼊入法  表示した。A）ジスルフィド結合によるシステイン残基への導入。B ～ D）還元的環境下でも安定な結合を介してシステイン
化学合成 LBT（⾚赤で表⽰示、R にそれぞれの⾦金属キレート構造）を共有結合によって残基に導入。E）非天然アミノ酸のアジドフェニルアラニンにアセチル基を持つ LBT を “ クリック反応 ” で導入。

68

タンパク質へ導⼊入する際の代表的な反応を表⽰示した。A)  ジスルフィド結合によるシステイン残基への導⼊入。B)  -‑  D)  還元的環境下でも安定な結合を介してシステイン残基に導⼊入。  E)  ⾮非天然アミノ酸のアジドフェニルアラニンにアセチル基を持つ LBT

  

69

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE
SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8
  響を考慮しなくても良いという利点がある。
日本核磁気共鳴学会

タグの運動性と PCS の信頼性
LBT をタンパク質に固定する際、その間を繋ぐリンカー部分の運動性は常に問題となる。リンカーの運動性が高いとランタノイドの位置（常磁性中心）が正確に決まらず、Δχテンソルは幾つかの常磁性る PCS は平均化されてしまい、 堅く 固定化された
常磁性中心から得られる PCS（理想的な値）より小さくなってしまう。リンカーの運動性を抑えるために LBT を 2 箇所で固定したり、長さを出来るだけ［15］

短くして、かつ芳香環などを挿入して結合角の自由。

度に制限をもたせたりする工夫がなされている［15］

図 5 ランタノイドが配位した DOTA の構造

図 5     ランタノイドが配意した DOTA の構造  ランタノイド（Ln）はサイクレン⾻骨格を形成する 4 つの窒素原⼦子と、そこから延びているカルボキシル基の 4 つの酸素原⼦子によって配位される。  

ランタノイド（Ln）はサイクレン骨格を形成する 4 つの窒素原子と、そこから延びているカルボキシル基の 4 つの酸
素原子によって配位される。

では LBT に高い運動性がある場合、そこから得られる PCS はどれくらい信頼がおけるのだろうにすでに確立していたが、タンパク質解析に応用すか？ Otting らは LBT をタンパク質に一箇所で固定るための技術が追いついていなかった。近年の目覚したモデルを立て、タグの運動性とそこから導かしい技術の進歩が解析対象の幅を広げ、逆に研究れる PCS の確からしさの関係を包括的に検証して者の飽くなき挑戦が技術躍進に貢献してきたことは。その結果、タグの運動性が高くても、あ言うまでもない。しかしながら常磁性効果の活用法

る特定箇所の核スピンの PCS を予測する場合には、はまだ見ぬ可能性をも秘めている。最後に一つ面白

その特定箇所周辺から集めた PCS のみを使って決い例を紹介したい。先ほど「Curie spin 機構（DSA）

めたΔχテンソル（実効Δχテンソル）は非常に精と CSA の交差相関は、両者の相対的な位置関係に

度よく PCS を予測することが分かった。一方、予

よって核スピンの緩和を強めあったり、弱めあった

測したい箇所から離れた場所の PCS を加えて実効りする」と述べた。もし弱めあうのであれば、それΔχテンソルを決めた場合、つまり分子全体からは横緩和時間を遅くする 負の PRE を誘導するこPCS を集めた場合には、予測したい箇所におけるとになり信号の線幅をより狭めるはずである。このPCS の予測精度が下がることが判明した。これら理論は 10 年以上も前に paramagnetically effectedの結果は次のことを示唆している。今、タンパク質narrowing：PEN ［8］という名で既に提唱されていとリガンドの相互作用様式を PCS の拘束条件を基たが、これまで実験的な証拠がなかった。しかし昨にしたドッキングによって求めたいとする。そして年、カルビンジン D9k の Ca 結合サイトの一つをラリガンドの結合箇所が大まかに分かっているとす

ンタノイドに置き換えて PCS を測定し、常磁性ピーる。タグに高い運動性がある場合、タンパク質側のクと反磁性ピークの緩和時間測定をアミド基の N

PCS はリガンドポケット周辺の原子のみを使う方が核について行った結果、ある残基においては緩和時

ドッキングの精度が高まる。このことは実際の実験間が確かに遅くなっていることが証明された

いる

［17］

2＋

15

。こ

［20］

。それでは PCSの実験では実際に負の PRE によるシャープな信号をタンパク質分子全体から集める必要がある場合、が観測されたわけではないが、常磁性中心からお例えばタンパク質−タンパク質相互作用の解析や、よそ 9 Å あたりに PEN の効果が最も現れると述べら

PCS を構造リファイメントとして使いたい場合にれている。しかしながら通常の H 観測の場合、こは、運動性の高いタグは使えないのであろうか？

のあたりの信号は強い PRE 効果によって観測が非このような場合は、LBT を数カ所、分子の異なる

常に難しい（PEN はあくまでも DSA と CSA の交差

場所に標識して出来るだけ多くの PCS を分子全体相関による影響であって、Curie spin 機構（DSA）

結果においても証明されている［18］から獲得することで精度をあげる必要がある

。

［19］

1

そのものによる常磁性緩和は常に働いている）。では N 観測はどうだろうか？ PEN の効果は、核ス
15終わりに常磁性効果の歴史は古い。その理論は 1950 年代

ピンの緩和機構のうち CSA の寄与が大きいものほど顕著に現れることも分かっているので、主鎖アミ

NMR 2017 8巻

中心からの総和になってしまう。結果として得られ

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

ド基の 15N 核は大いに可能性がある。近年、15N の直接観測が現実味を帯びてきており、その感度は1.2 GHz（1H 周波数）で最大と言われている［21］。もしかしたら近い（？）将来、常磁性効果はもはや信号を 見えなくする だけのものではなく、 より尖鋭に観測する ものにもなっているかもしれない。
謝 辞
本稿を執筆するにあたり、オーストラリア国立大
学の Gottfried Otting 教授より図 1 を提供していた
だいた。また北海道大学理学部の齋尾智英博士から有益な助言をいただいた。この場をお借りして感謝いたします。
参考文献［1］ Benmelouka, M., Borel, A., Moriggi, L., Helm, L.,
and Merbach, A. E. (2007) Design of Gd(III)-basedmagnetic resonance imaging contrast agents: staticand transient zero-field splitting contributions to
the electronic relaxation and their impact on relaxivity. J. Phys. Chem. B 111, 832-834.
［2］ Pintacuda, G., Moshref, A., Leonchiks, A., Sharipo,A., and Otting, G. (2004) Site-specific labelling witha metal chelator for protein structure refinement. J.
Biomol. NMR 29, 351-361.
［3］ Alsaadi, B. M., Rossetti, F. J. C., and Williams, R. J. P.
(1980) Electron relaxation rates of lanthanide aquocations. J. Chem. Soc. Dalton Trans. 2147-2150.
［4］ Solomon, I. (1955) Relaxation processes in a systemof two spins. Phys. Rev. 99, 559-565.
［5］ Guéron, M. (1975) Nuclear relaxation in macromolecules by paramagnetic ions - novel mechanism. J.
Magn. Reson. 19, 58-66.
［6］ Bertini, I., Kowalewski, J., Luchinat, C., and Parigi,
G. (2001) Cross correlation between the dipoledipole interaction and the Curie spin relaxation:
the effect of anisotropic magnetic susceptibility. J.
Magn. Reson. 152, 103-108.
［7］ Ghose, R., and Prestegard, J. H. (1997) Electron
spin-nuclear spin cross-correlation effects on multiplet splittings in paramagnetic proteins. J. Magn.
Reson. 128, 138-143.
［8］ Pintacuda, G., Kaikkonen, A., and Otting, G. (2004)
Modulation of the distance dependence of paramagnetic relaxation enhancements by CSAxDSA crosscorrelation. J. Magn. Reson. 171, 233-243.
［9］ Bertini, I., Luchinat, C., and Parigi, G. (2002) Mag-

NMR基礎講座
70

netic susceptibility in paramagnetic NMR. Prog.
NMR Spectrosc. 40, 249-273.
［10］Bertini, I., Janik, M. B. L., Lee, Y. M., Luchinat, C.,
and Rosato, A. (2001) Magnetic susceptibility tensor
anisotropies for a lanthanide ion series in a fixed
protein matrix. J. Am. Chem. Soc. 123, 4181-4188.
［11］John, M., Park, A. Y., Pintacuda, G., Dixon, N. E.,
and Otting G. (2005) Weak alignment of paramagnetic proteins warrants correction for residual CSA
effects in measurements of pseudocontact shifts. J.
Am. Chem. Soc. 127, 17190-17191.
［12］Wöhnert, J., Franz, K. J., Nitz, M., Imperiali, B., andSchwalbe, H. (2003) Protein alignment by a coexpressed lanthanide-binding tag for the measurement of residual dipolar couplings. J. Am. Chem.
Soc. 125, 13338-13339.
［13］Su, X.-C., Huber, T., Dixon, N. E., and Otting, G.
(2006) Site-specific labelling of proteins with a rigid
lanthanide-binding tag. ChemBioChem 7, 1599-1604.
［14］Saio, T., Ogura, K., Yokochi, M., Kobashigawa, Y.,
and Inagaki, F. (2009) Two-point anchoring of alanthanide-binding peptide to a target protein enhances the paramagnetic anisotropic effect. J. Biomol. NMR 44, 157-166.
［15］化学合成 LBT の種類およびタンパク質への導入に関する詳細は例えば下記のレビュー等を参照されたい。
Nitsche, C., and Otting, G. (2017) Pseudocontact
shifts in biomolecular NMR using paramagnetic
metal tags. Prog. NMR Spectrosc. 98-99, 20-49.
［16］Rocklage, S. M., and Watson, A. D. J. (1993) Biodistribution and toxicity of MR imaging contrast
media. Magn. Reson. Imaging 3, 167-178.
［17］Shishmarev, D., and Otting, G. (2013) How reliable
are pseudocontact shifts induced in proteins andligands by mobile paramagnetic metal tags? A modelling study. J. Biomol. NMR 56, 203-216.
［18］Chen, W. N., Loscha, K.V., Nitsche, C., Graham, B.,
and Otting, G. (2014) The dengue virus NS2B-NS3
protease retains the closed conformation in thecomplex with BPTI. FEBS Lett. 588, 2206-2211.
［19］Yagi, H., Pilla, K. B., Maleckis, A., Graham, B., Huber, T., and Otting, G. (2013) Three- dimensional
protein fold determination from backbone amide
pseudocontact shifts generated by lanthanide tags
at multiple sites. Structure 21, 883-890.
［20］Orton, H. W., Kuprov, I., Loh, C.-T., and Otting, G.
(2016) Using Paramagnetism to slow down nuclear
relaxation in protein NMR. J. Phys. Chem. Lett. 7,4815-4818.
［21］Takeuchi, K., Arthanari, H., Shimada, I., and Wagner, G. (2015) Nitrogen detected TROSY at highfield yields high resolution and sensitivity for protein NMR. J. Biomol. NMR 63, 323-331.

八木 宏昌（やぎ・ひろまさ）2000 年 横浜国立大学大学院工学研究科博士課程後期修了 博士（工学）2000 年 大阪大学蛋白質研究所 助手（助教）2008 年 オーストラリア国立大学 博士研究員
2013 年

モナッシュ大学（オーストラリア）博士研究員

2015 年

理化学研究所生命システム研究センター 研究員 現在に至る

71

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

NMR 基礎講座
日本核磁気共鳴学会

固体交換 NMR における偏極移動
金沢大学大学院 自然科学研究科 物質化学専攻化学コース 理論化学研究室

大橋 竜太郎NMR は原理的には試料の状態が、気相、液相、性質を持ち、その位相がエネルギー分裂のエネル

固相、どの状態でも測定が可能な分光法である。

ギー差に相当する周波数で振動する。エネルギー

特に固体 NMR は X 線結晶構造解析や溶液 NMR な

差は磁場、核種、核の化学的状態などにより決まる

どでの測定が困難な、非晶質かつ難溶性の試料のため、この位相の振動を観測することで核種ごとに解析が可能であるため、膜タンパク質、繊維状タ

化学的状態を観測することができる。

ンパク質などへの応用が期待され、構造解析手法【上向きスピン、下向きスピン】 2 つの状態にエネ
1
ルギー状態が分裂するスピン（ ￣
2 スピン）のうち、エネルギーの低い方を上向きスピン、高い方を下向の開発が盛んに行われてきた。既に幾つものタンパ
ク質試料で固体 NMR による構造解析結果が報告、固体 NMR によるタンパク質の構されており［1 〜 6］

きスピンと呼ぶ。

造解析法は確立されてきている。これらの構造解【巨視的磁化（磁化）】 磁場、核種、化学的状態、

析では、固体交換 NMR から求められた C- C 間、周辺構造などがほぼ同じ状態にあるスピンの集まC- N 間などの距離情報が用いられている。本稿

り。集まったスピンの持つ上向きか下向きの状態、では、特に C- C 間の固体交換 NMR での偏極移

位相に偏りがあると磁化は大きさと方向を持つ。上動について、NMR スペクトルのピーク強度の変化

向き、下向き、位相が全てランダムで全く偏りのなを中心に説明していく。

い状態（磁化が 0 となる状態）を「飽和された状態」

13

13

13

15

13

13

と呼ぶ。上向き、または下向きのスピンの偏りによ1. 用語の定義
偏極移動についての説明を行う前に、本稿でよる磁化を「縦磁化」、位相が偏りによる磁化を「横磁化」と呼ぶ。

く出る、かつ意味を混同しやすい幾つかの NMR 関【偏極】 磁化が 0 でない状態になること、つまり連の用語について、NMR 分光学上での定義を再確

スピンの持つ上向き、下向き、位相に偏りがあるこ

認しておく。特に「2-4. 核 A、B のモル比が異なるとを「偏極」と呼ぶ。また、その偏り度合いを「偏ときの偏極移動」や「4. 偏極移動と化学交換との違極率」と呼ぶ。本稿では上向きスピンが下向きスピい」を考える上で、原子核や磁化についての定義がンより多めに偏っている場合の偏極を主に扱ってい重要となる。用語の説明が不要な方は以下、2 節まる。

で読み飛ばしても 2 節以降を読む上で不都合はな【偏極移動】 偏極率が小さい核から大きい核へとい。

エネルギーの移動が起こり互いの偏極率が近づき、「核スピ【原子核（核）】 NMR にとっての核とは、それぞれの核の磁化の大きさが変化することを「偏ンという性質を持つもの」となる。核同士の区別は、極移動」と呼ぶ。また本稿では、偏極移動により変

核種、化学シフト、その核の周辺構造などによって化した磁化の大きさを「偏極移動量」、短時間あた決められる。
（もし炭素原子に紐付けができたとすりの偏極移動量を「偏極移動速度」と呼ぶ。

ると）同じ炭素原子核でも化学シフトが変わるだけ
で別の核になったと観測される。
【核スピン（スピン）】 原子核の持つある性質。反2. 偏極移動の理解のための幾つかの思考実験 7, 8［］

1
ここでは、スピン ￣
2 の同種核同士の上向きスピン113磁性を持つ核（ H, C などよく観測される核は反と下向きスピンのエネルギー準位を用いて、縦磁化

磁性であることが多い）の場合は磁場中にあるとき同士の偏極移動について考える。試料中には、存に異なるエネルギーを持つ状態に分裂する（ゼーマ

在率が 1：1 の原子核 A（核 A）と原子核 B（核 B）がン分裂）。エネルギー固有値以外に位相と呼ばれるあるとし、幾つかの例について考えてみる。

受領日：2017 年 9 月 8 日 受理日：2017 年 10 月 7 日 編集委員：吉水 広明

NMR 2017 8巻

ryu@se.kanazawa-u.ac.jp

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

NMR基礎講座72

2 -1. 核 B の磁化のみを飽和させてからの偏極移動る。微視的な視点で考えると、エネルギー移動を起

核 A のピークだけ残して核 B のピークを打ち消こす条件とは、核 A、B の上下のスピン間のエネル

し、偏極移動を 1 次元 NMR で観測する場合を考え

ギー差（図 2（b）の⊿ E）が等しく、核 A、B 間にスる。パルス系列は図 1（a）のように励起（初期磁化ピンの上下を入れ替える相互作用があること、とな

を横磁化に変えること）時間に核 A の磁化のみ残る。これらが満たされると、核 B では 1 つの下向きし、核 B の磁化を飽和させるパルス（選択励起パル

スピンが上向きスピンに変わることでエネルギーをス、幾つか方法があるが具体的な方法については

放出し、核 A では 1 つの上向きスピンが下向きスピ

説明を省く）を照射する。この実験を行うと、偏極ンに変わることで⊿ E のエネルギーを受けとる。2

移動を行う時間（交換時間）に対して、図 2（a）のつの核の上下スピン間のエネルギー差が異なるとエように信号が変化する。核 A の磁化が磁場中でのネルギー保存則が成り立たずエネルギーの移動が熱平衡状態、核 B の磁化が飽和状態にあるとき、2起こらないため、エネルギー差が等しくなる必要がつの磁化の状態は図 2（b）のように表される。巨視ある。これが繰り返されると、核 A の偏極が減った的な視点で考えると、核 A はより冷たいスピン状分、核 B の偏極が増える、すなわち核 A から B への態（冷たい、といっても試料の温度に変化はないと偏極移動が起こったことになる。

考えて差し支えない）にあり、核 B は熱いスピン状もしエネルギー移動を起こす条件を満たさない場

態（平衡状態ではないが、無理やりスピン温度を考

合は、核 A は熱平衡状態のまま、核 B は分子運動

えると無限大の温度、冷たいスピン状態と同様にや格子振動にエネルギーを放出するスピン−格子

試料温度への影響はないと考えて良い）である。こ

緩和のみを起こし、熱平衡状態の偏極に戻る（偏極のとき、核 A と核 B の間にエネルギー移動を起こす率が熱平衡状態になるまで下向きスピンが上向きと条件が満たされていれば（かつエネルギー移動がスなる）。スピン−格子緩和は熱平衡状態でなければ

ピン−格子緩和より速ければ）、熱い状態の核 B か

常に起こるため、上記のエネルギー移動がある場

ら冷たい状態の核 A へのエネルギーの移動が起こ

合でも、偏極移動とスピン−格子緩和が同時に起こ

(a)

(b)

(c)

(d)

図 1 13C-13C 間の偏極移動を 1 次元 NMR［（a）,（b）］と 2 次元 NMR［（c）,（d）］で測定するためのラジオ波パルス系
列。初期磁化を横磁化に変える励起時間に（a）では選択励起パルス（図はガウシアンパルスの模式図だが、ピーク A
だけ残せれば他の方法でも良い）を、（c）
では 90 度パルスを、（b）,（d）では CP 法を用いた場合を示した。また偏極1（d）の全ての図で H driven スピン拡散（PDSD）法の場合を示したが、この交移動を起こさせる交換時間には、
（a）
［10］
1
1
13
換時間に偏極移動の方法に合わせたパルスを照射する（例えば DARR 法 の場合は H への照射を行い、 H- C 間の双極子相互作用を復活させる）。また、「 3. 交換行列を用いた偏極移動の微分方程式」で示すように、90 度パルスは縦磁化の方向を＋ Z、－ Z に反転させながら測定する方が良い。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

青）を区別できないので変化が全くないかのようにも熱平衡時の大きさに近づく（2-1 節の場合、初め観測されるが、2 次元 NMR では、赤、青で表されの大きさが熱平衡時の半分なので、2 つの磁化の和た信号を分離し、図 3（b）のようなスペクトルが得は大きくなる）。

られる。微視的に見ると、図 3（c）のように、核 B

2 - 2. 熱平衡状態の磁化同士での偏極移動で下向きスピンが上向きになり核 A で上向きスピンが下向きになる核 A から核 B への偏極移動と、核 Aで下向きスピンが上向きになり核 B で上向きスピン

らも熱平衡状態にある偏極移動を考える。パルス系

が下向きになる核 B から核 A への偏極移動が試料

列は図 1（c）のように励起時間に熱平衡状態の＋ Z

内の別の組の核 A、B 間で起こる。このため、核 A、方向の縦磁化をそのままの大きさで横磁化に変える

B の磁化が交換されたように観測される。また、磁ためのパルス（ C の 90 度パルスなど）を用いた方化 A と磁化 B がどちらも熱平衡であるため、核 A か法となる。励起された横磁化を F1 観測の信号としら B への偏極移動量と核 A から B への偏極移動量て観測後、次の 2 つ目の 90 度パルスで交互に＋ Z、は等しくなる。

13− Z 方向の縦磁化に変化させ、3 つ目の 90 度パルス
で F2 観測時に＋ Z と− Z 方向の磁化が足し合わされるように縦磁化を横磁化に変える。＋ Z、− Z 方
向と交互に反転させる理由については「3. 交換行列(a)を用いた偏極移動の微分方程式」で述べる。2 次元
交換 NMR では、図 1（b）の F1、F2 の 2 つの観測により核 A から移動した偏極による磁化と、核 B から移動した偏極による磁化を区別することができる。

(b)

偏極移動前の核 A の磁化を赤、核 B の磁化を青で表すと、観測されるスペクトルは図 3（a）のように変化する。1 次元 NMR では偏極移動前の状態（赤、

(a)

(b)

図 2 （a）核 B の磁化のみを飽和させた後、核 A から Bへの偏極移動を測定した場合の 1 次元 NMR スペクトルの模式図。左から順に偏極移動前、偏極移動量が飽和時の半分のとき、ピーク強度の変化が飽和したときのスペクトルを表す。ここではスピン－格子緩和の影響を無視しているため、核 A、B のピーク強度がそれぞれ半分ずつになるまでピーク強度が変化する。
（b）熱平
衡状態の核 A から飽和させた核 B へと偏極移動するときのスピン状態をエネルギー準位を用いて表した模式図。⊿ E は上向きと下向きスピンのエネルギー差を表す。核 A から B への偏極移動では、核 A の上向きスピ
ンが⊿ E のエネルギーを受け取って下向きスピンに変わり、核 B の下向きスピンが⊿ E のエネルギーを放出して上向きスピンに変わる。

図 3 （a）核 A、B の磁化がどちらも熱平衡状態にあるときの偏極移動を 1 次元スペクトルで表した模式図。左から順に偏極移動前、偏極移動量が飽和時の半分のとき、ピーク強度の変化が飽和したときのスペクトルを表す。図中の赤、青の色分けは偏極移動前に核 A と B
だった磁化の量をそれぞれ表している。
（b）核 A、B の磁化がどちらも熱平衡状態にあるときの偏極移動を 2
次元スペクトルで表した模式図。左下の正方形が等高線で描いた 2 次元スペクトルで、2 次元スペクトルの右に偏極移動前、上に偏極移動後の 1 次元スペクトルを置いた。1 次元スペクトル上では赤、青の区別はないため、偏極移動前の状態は実際の測定では区別できないが、2 次元スペクトルでは偏極移動後の赤、青の信号
は、図の矢印のように分離されるため、偏極移動前後にどの状態だったかを区別できる。

NMR 2017 8巻

次に 2 次元交換 NMR を用いて、核 A、B がどち

日本核磁気共鳴学会

り、核 A、B の磁化の大きさの和は偏極移動前より

73

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

2 - 3. 交差分極法（CP 法）を用いたときの偏極移動を経ても B のままと観測される）となるので、このここでは核 A、B が熱平衡状態ではない場合を考時点で核 B にある磁化は 100：60 の比で核 A へと移える。パルス系列は図 1（b）となる。固体 NMR でる。核 A の磁化 160 も同様に 100 が核 A に残っていは、信号の増幅のために H から C への偏極移動

た磁化、60 が核 B からの偏極移動による磁化となを行う交差分極法（CP 法）を用いることが多いが、る。このため、これ以降は常に偏極移動量が 100：

H から C への偏極移動後は熱平衡状態とは異な

60 となり、偏極移動量が変化しない。

1

1

13

13

るため、 C- C 間の偏極移動前の磁化が熱平衡で次にスピン−格子緩和を考慮すると、十分に長はない場合は頻繁に起こりうる。ここで核 A、B のい時間が経つと核 A、B の磁化の大きさは共に熱平

熱平衡での磁化の大きさをどちらも 100、CP 法に衡状態での 100 となる。偏極移動の方が十分に速よって増幅された核 A、B の磁化の大きさをそれぞい場合は、まず上記のように核 A、B の磁化の大き

れ 200、120 とする。この場合、核 A、B 間の相互さがどちらも 160 となる。このうち核 A にそのまま作用は同じであっても偏極率が核 A の方が大きい

残っている磁化が 100、核 A から B への移動した磁ため、核 A から B への偏極移動量が大きく、核 B か化が 100、核 B から A へ移動した磁化が 60、核 B に

ら A へは小さい。もしスピン−格子緩和を無視でき

そのまま残っている磁化が 60 となる。もし核 A、Bるぐらい偏極移動が速い場合は、磁化の大きさのでのスピン−格子緩和が異なってもそれぞれのスピ

総和は変わらず、核 A、B 共に 160 に向かって磁化ンは両方の核を行ったり来たりするため、緩和は全）。十分に長い時間がの大きさが変化する（図 4（a）

スピンに等しく影響する。このため、磁化の大きさ

経つと、核 A から B へと核 B から A への偏極移動量の比を保ったまま減衰し、偏極移動後に核 A としてはもとの磁化の大きさの比の 100：60 となる。100：観測される磁化 100 のうち、62.5 が核 A のまま残っ

60 になると核 B の磁化 160 のうち 100 は核 A からのたと観測される磁化、37.5 が核 B から移動したと観磁化、残りの 60 が核 B にそのまま残ったとされる

測される磁化（B から A への偏極移動量が 37.5）と磁 化（B → A → B、B → A → B → A → B など の 移 動なる。偏極移動後に核 B として観測される磁化は

1313

逆に、62.5 が核 A からの偏極移動量、37.5 が核 B の(a)

まま残ったと観測される磁化となる。スピン−格子
緩和が十分に遅い場合は核 A、B の緩和時間が異なっても初期磁化の比に比例した偏極移動量となる。逆にスピン−格子緩和が偏極移動速度に対して十分に速い場合は、まず核 A、B の磁化の大きさ
がどちらも 100 となり、その後に偏極移動が起こる(b)

ことになる。このため、偏極移動量は核 A から B、
核 B から A ともに 50 となる。
実際の測定では偏極移動量は前者と後者の間となる。偏極移動開始から十分に長い時間が経つと核 A から B へ の 偏 極 移 動 量は 50 と 62.5 の間とな

NMR基礎講座74

図 4 （a）交差分極（CP）法により核 A、B のピーク強度が 200, 120（熱平衡時のピーク強度をどちらも 100 とする）となった後の偏極移動を 1 次元スペクトルで表した模式図。左から順に偏極移動前、偏極移動量が飽和時の半分のとき、ピーク強度の変化が飽和したときのスペクトルを表す。図中の赤、青の色分けは偏極移動
前に核 A と B だった磁化の量をそれぞれ表している。図のように偏極移動前に核 A だった磁化からの偏極移動量（赤）と核 B だった磁化からの偏極移動量（青）が元のピーク強度の 5：3 を保ちながらピーク強度が変化する。
（b）図 4（a）の偏極移動後、熱平衡のピーク強度に戻るときの１次元スペクトルの模式図。左から順に偏極移動前、偏極移動の飽和後、熱平衡時の磁化に戻ったときのスペクトルを表す。

り、核 B から A への偏極移動量は 37.5 と 50 の間と1なる。スピン ￣
2 の固体での交換 NMR の場合、双極子相互作用が偏極移動を起こす相互作用となることが多いため、核 A、B 間の距離が短くスピン−格子緩和に対して偏極移動が十分に速い場合はスピン−格子緩和が十分に長い場合と近似でき、2 次
元交換 NMR で観測される偏極移動量（2 次元スペクトルの交差ピークの大きさ）は 1 度増えてから減衰していく。また核 A、B 間の距離が長ければ長いほどスピン−格子緩和が十分に短い場合に近づき、偏極移動量が 1 度上がってから下がるような変化は観測されなくなる。

75

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

2 - 4. 核 A、B のモル比が異なるときの偏極移動
いて考える。熱平衡での核 A、B の磁化の大きさを200 と 100 とする。パルス系列は熱平衡状態の磁化を励起するため、2-2 節と同様に図 1（c）のパルス系列で測定する。熱平衡状態の磁化の交換 NMRを観測した場合、核 A、B の磁化の大きさは 200 と磁化と核 B だった磁化が偏極移動前と同じ大きさになるように配分すると、十分に長い偏極移動時
間後は、核 A の 200 の磁化のうち 67 が核 B からの偏極移動した磁化、残り 133 が核 A のまま残っている磁化と観測される。また核 B の 100 の磁化のうち、67 が核 A から偏極移動した磁化、33 が核 B の。このまま残っている磁化と観測される（図 5 右側）

d M A( t ) ＝−χB k M A( t ) dt ＋χA k MB( t ) dt

ように元の磁化の大きさが 2 倍異なるにも関わらず
核 A から B へと核 B から A への偏極移動量は等しくなる。これはモル比が大きい核 A の方が移動してく

1−−
T1A [M A( t )−M A(∞)] dt、
1d MB( t ) ＝χB kdt −χA kdt−−[MB( t )−MB(∞)] dt
T
1B

る偏極を受け取るスピンの数も多く、その分だけ核となる。M A(∞) 、MB(∞) を考えるのは面倒であるB から A への偏極移動が起こりやすいためである。

ため、測定のときに磁化を奇数回目は＋ Z 方向、偶

上記に挙げたように 2 つの原子核のモル比が等しく

数回目は− Z 方向に向けて積算する手法を用いてCP 法などにより偏極率が異なる場合は核 A から B

M A(∞) 、MB(∞) を打ち消すとM A( t )、MB( t ) の変

へと核 B から A への偏極移動量が異なるが、最後化は、の例のように偏極率が等しい場合はモル比に関わらず 2 つの偏極移動量は等しくなる。

d M A( t ) ＝−χB k M A( t ) dt ＋χA k MB ( t ) dt
1

3. 交換行列を用いた偏極移動の微分方程式 7, 8［］

ここで偏極移動の変化を表す数式を考える。こM A( t ) dt、−−
T1A

d MB( t ) ＝χB kM A( t ) dt −χA kMB( t ) dt
1

MB( t )dt−−
T1B

れまで考察してきたように、ある時刻での偏極移
動量（磁化の大きさの時間に対する変化量）は、その時刻での移動元の磁化の大きさと移動先の原子核のモル比（磁化の大きさの比ではない）に比例する。ある時 刻 tと微 小時間後のt ＋ d tとの間のこの 2 式を行列を用いて表すと、[]（ χ kd M A( t )−dt M ( t ) ＝B1−χB k−−
T1A
B

χA k

）[

]

M A( t )（1）
1−χA k−−
MB( t )
T1B

偏極移動量は、時刻tでの核 A、B の磁化の大きさ

ここで核 A、B の磁化の大きさをまとめたベクトル

M A( t )、MB( t )、核 A、B のモル比χA 、χB 、偏極移M ( t )、交換行列 L を

動速度（単位時間、モル比 1、磁化の大きさ1 当たりの偏極移動量）k を用いると、核 A から B への偏極移
動量がχB k M A( t ) dt、核 B から A への偏極移動量がχA k MB( t ) dtとなる。また、核 A、B のスピン−格子緩和時間をT1A 、T1Bとすると緩和によるM A( t )、MB( t )1の変化量はそれぞれ−−
T [M A( t )−M A(∞)] dt、
1A

M( t )＝（

L＝1−χB k−−
T1A

χB k

A

B

χA k
1

）

−χA k−−
T
1Bとすると、上の微分方程式の解は初期磁化のベクト1−−
T1B [MB ( t )−MB (∞)] dt となる。ここで M A(∞) 、ル M (0) を用いての大きさを表す。以上より、時刻 t からt ＋ d t の間と表される。

MB(∞) はそれぞれ核 A、B の熱平衡状態での磁化での磁化の大きさの変化は、[ MM (( tt ))] ,M ( t ) ＝ exp( L t ) M (0)（2）

NMR 2017 8巻

100 のままである。また、偏極移動前は核 A だった

図 5 核 A、B のモル比が 2：1、熱平衡時のピーク強度をそれぞれ 200 と 100 とし偏極移動させたときの 1 次
元スペクトルの模式図。左から順に偏極移動前、偏極移動量が飽和時の半分のとき、ピーク強度の変化が飽和したときのスペクトルを表す。図中の赤、青の色分
けは偏極移動前に核 A と B だった磁化の量をそれぞれ表している。偏極移動量は初期磁化の大きさと移動先の核のモル比を掛けた値に比例するので、核 A から B
へと核 B から A への偏極移動量は互いに等しくなる。

日本核磁気共鳴学会

最後に核 A、B のモル比が 2：1 である場合につBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

4. 偏極移動と化学交換との違い 7, 8［］

かし、核 A から B、核 B から A への偏極移動が別々

交換 NMR は、それぞれの核スピン状態の偏極の現象であるため、上節で挙げたように偏極移動

のみが移動する偏極移動だけではなく化学交換も前の偏極率が異なれば、核 A から B へと核 B から A観測できる。実際、文献 7 は化学交換に関する文への偏極移動量は異なる。

献であり、偏極移動とは異なる点もあることを意識しておく必要がある。化学交換の場合、2 つの核 A

5. 炭素間の距離と偏極移動速度の関係 9［ ］と核 B が入れ替わると、核 A から B への磁化移動式（2）を用いれば、交換 NMR でのピーク強度のと、核 B から A への磁化移動が同時に起こる（図

変化を求めることが出来る。これらの式中の変数）。このため、2 つの磁化移動量は常に一致す
6（a）る。偏極移動の場合、核 A から B への偏極移動はのうち、初期磁化の大きさMA (0)、MB(0) とスピ
ン−格子緩和時間T1A 、T1B は、個別の測定によっ核 A で上向きスピンが下向きに、核 B で下向きスピて求めることが出来る値である。スピン−格子緩）。NMR でンが上向きになる移動である（図 6（b）

和時間は炭素間の偏極移動があると短い方に近づは上向きスピンか下向きスピンのどちらかしか観測

くので、偏極移動のない状態（ C 測定の場合、 Hしない。ここでは上向きスピンを観測することにす

decoupling 下、または天然存在比の試料でのスピると、この偏極移動では核 A の磁化が減り、核 B のン−格子緩和時間測定）で測定する必要がある。あ磁化が増えたように観測され、逆の変化は観測さとは偏極移動速度を炭素間の距離から求めることれない。つまり、この 2 つのスピン間では、核 A かが出来れば、式（2）により実測のピーク強度（＝磁ら B への偏極移動のみが観測され、核 B から A へ化の大きさ）を再現できる。ここでは式（2）を用いの偏極移動は観測されないことになる。試料内にはるため、偏極移動速度 kは時間依存しない、つま数多くの上向き、下向きスピンがあり、別のスピン

り時間平均をとった偏極移動速度を考える。また、間では核 B から A への偏極移動が起こっている。し

1

13

1

H-13C 間の双極子相互作用の時間平均が 0 となる場合を考える。例えば H-driven スピン拡散法の場合、
1(a)C と結合した 1H スピンが 1H-1H 間の双極子相互作

13用によってマジック角試料回転と近い周期でスピンの上下交換（フリップ−フロップ）を起こしていると、 H- C 間の双極子相互作用の時間平均が 0 と1

13

ならないが、フリップフロップが試料回転より十分に速いか、あるいは遅い場合には時間平均は 0 とな

(b)る。この場合、 C- C 間を結ぶ直線と試料回転軸と1313の角度をβとすると、文献 9 より偏極移動速度 kは

1
2β
∑ −
m
m sin −
2mA

k＝d 0

mA ＝±1, ±2・lA, m ATR
1 ＋ [2π( mAνR ＋Δ )TR] 2

＋d 0

1
2β
∑ −
m
m sin −2mB

mB ＝±1, ±2・lB, m B

NMR基礎講座
76

B

B

TR

1 ＋ [2π( mBνR ＋Δ )TR] 2（3）

ここで、d 0 は C- C 間の双極子相互作用定数で、213

図 6 （a）化学交換の模式図。丸の中の C, H は炭素原
子、水素原子を示す。ここでは水素の付いた炭素を核
A、付いていない炭素を核 B とした。この化学交換では水素原子が動くと、核 A と B が入れ替わる。つまり、
核 A から B への移動と B から A への移動が同じ原子核同士で同時に起こる。
（b）偏極移動の模式図。上向き
スピンのみが観測されるため、（b）の場合では核 A からB への偏極移動のみが観測される。

A

A

13

つの C 間の距離 r、 C の磁気回転比γ、真空の透1313磁率μ0 を用いて、
d0 ＝

μ0γ ℏ
3
r
2

と書ける。また、νR はマジック角試料回転の回転周
波数、Δは 2 つの C のピークの周波数差、lA,m 、lB,m13

77

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8(a)日本核磁気共鳴学会(a)

NMR 2017 8巻

(b)

(b)

図 7 （a） C のピークがブロードニングされていない
場合の、偏極移動が起こる条件にあるスペクトル。片方のピークのサイドバンド（図中の赤いピークはピーク
A のサイドバンド）がもう片方のピーク（図ではピーク
B）と重なると偏極移動が起こる。
（b）13C のピークがブ
ロードニングされている場合の、偏極移動が起こる条
件にあるスペクトル。片方のピークのサイドバンド（図中の赤いピークはピーク A のサイドバンド）がもう片方のピーク B の粉末線形のピークと重なると偏極移動が起こる。
13は偏極移動時の線形の核 A、B の m 番目のスピニ
ングサイドバンドの強度を表す。式（3）の分母について考えると、図 7（a）のように片方のピークとも

図 8 メチン基とメチル基を C ラベルした l-alanine の
2 次元交換 NMR による非対角ピーク強度の交換時間に対する変化。
（a）はメチル基からメチン基への偏極移動を示す非対角ピークをメチル基の対角ピークで割った
強度比、（b）はメチン基からメチル基への偏極移動を示す非対角ピークをメチン基の対角ピークで割った強度比を表す。●が実測のピーク強度比、曲線が距離を変えたときの計算によるピーク強度比を表す。距離の上限（1.61 Å）は 0.005, 0.01, 0.02 s の 3 点とも計算が実測を下回る距離、下限（1.43 Å）はその 3 点とも計算が実測を上回る点とした。
13

う片方のサイドバンドとが重なったときに k が最も大きくなる。 H- C 間の双極子相互作用の時間平均

子遷移の変数から求める。TR については、単量子を復活させる手法（DARR 法

遷移での核 A、B のスピン−スピン緩和時間をT2A、1

13など）を用いる場合［10］

は、Δは化学シフト等方値と H- C 間双極子相互作
1

13

T2B とすると

1
1
TR ＝−＋−T2A T2B用の両方による周波数差となる。 H- C 間双極子相
113互作用の大きさが粉末中の粒子の向きによって広がりを持つ（粉末線形となる）ため、化学シフト等方の近似式から求めることができる。以上のように変値の差が試料回転周波数とずれていても、図 7（b）

数を代入して、kの粉末積分を行った後、式（2）にのようにピーク同士が重なり、k が大きくなる場合

代入することで交換 NMR におけるピーク強度の交が増える。式（3）のTR はゼロ量子状態を保ってい換時間に対する変化を求めることが出来る。

られる時間、ゼロ量子緩和時間を表す。ここで考えている偏極移動は、2 つの核 A、B のスピンが、ど6. 実測との比較
実測との比較として、メチン基、メチル基を C

ちらかが上向き、もう片方が下向きの状態（ゼロ量子状態）で起こる。TR が短いと、偏極移動できる状

13

ラベルした l-alanine での DARR 法による 2 次元［10］態にある時間が短くなり、偏極移動速度は小さくな

交換 NMR での結果を示す。図 1（d）の交換時間にる。TR はゼロ量子状態での変数であるが、ゼロ量1

子状態を直接観測することはできないため、偏極移

パルス照射を行うパルス系列を用いた。分子間の動中と同じ実験条件下（外部磁場強度、試料回転や影響をさけるためにラベル試料を天然存在比試料

H、 C へのラジオ波照射など）で観測された単量で 10％に薄めてある。またラベルされた分子内で113H に対して 1H-13C の双極子相互作用を復活させる

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

はラベル率 98％以上であるため、ラベル分子中でメチン基、メチル基ともにラベルされる確率を 0.96
（0.98 × 0.98）としてピーク強度を計算した。図 8に、2 次元スペクトルの非対角ピークを F1 側（偏極移動前）のスペクトルで同じピーク位置となる対角ピーク（図 3（b）参照）で規格化したピーク強度の交換時間に対する変化（●）と、2 つの炭素間の距離を変えて計算した結果を示す。計算による曲線が飽和する前の実測（交換時間 0.005, 0.01, 0.02 s の3 点）よりも大きくなったときを距離の下限、小さくなったときを距離の上限とすると、文献値 1.53 Å に対し、1.43 〜 1.61 Å の範囲で距離を求めること

［11］

が出来た。
本稿では、前半の偏極移動の概念的な説明が長くなったが、後半で示した式（2）と（3）を用いれば、2 スピンのみ C ラベルした試料であれば、炭13素間距離の解析を行える。3 つ以上の炭素をラベルした試料については、例えば天然存在比の試料を
動的核偏極などの信号増幅法を用いて測定すれば、いろいろな組み合わせの 2 炭素をラベルした試料の和として観測されるため、同様の解析が可能となると考えられる。
引用文献［1］ Castellani F., Rossum B. v., Diehl A., Schubert M.,
Rehbein K., and Oschkinat H.（2002）Structure ofa protein determined by solid-state magic-anglespinning NMR spectroscopy. Nature 420, 98-102.
［2］ Zech S. G., A. Wand A. J., and McDermott A. E.
（2005）Protein Structure Determination by HighResolution Solid-State NMR Spectroscopy: Applica-tion to Microcrystalline Ubiquitin. J. AM. CHEM.
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［3］ Schmidt H. L. F., Sperling L. J., Gao Y. G., Wylie B.
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［10］Takegoshi K., Nakamura S. and Terao T.,（2003）
13
C-1H dipolar-driven 13C-13C recoupling without 13C
rf irradiation in nuclear magnetic resonance of rotating solids. J. Chem. Phys., 118, 2325-2341.
［11］Harry J. Simpson H. J., Jr. AND Marsh R. E.（1965）
The Crystal Structure of L-Alanine. Acta Cryst. 20,
550-555.

大橋 竜太郎（おおはし・りゅうたろう）
平成 21 年 4 月 1 日〜 金沢大学理工研究域物質化学系 助教、現在 在職中
平成 20 年 4 月 1 日〜平成 21 年 3 月 31 日 （独）物質材料研究機構ナノ計測センター

NMR基礎講座
78

NIMS ポスドク研究員
平成 19 年 4 月 25 日〜平成 20 年 3 月 24 日 アメリカ合衆国ミズーリ州セントルイス市
私立ワシントン大学文理学部化学科 ポスドク研究員
平成 19 年 2 月 1 日〜平成 19 年 3 月 31 日

京都大学大学院理学研究科 研究員（科学技術振興）

平成 15 年 4 月 1 日〜平成 19 年 1 月 23 日

京都大学大学院理学研究科化学専攻 博士後期課程

平成 13 年 4 月 1 日〜平成 15 年 3 月 24 日

京都大学大学院理学研究科化学専攻 修士課程

平成 7 年 4 月 1 日〜平成 13 年 3 月 31 日

京都大学理学部理学科

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

79

NMR 史点描

京都大学

寺尾 武彦

NMR 2017 8巻

terao@beige.plala.or.jp

今回は、日本で初めて NMR の実験を行なわれた故伊藤順吉大阪大学名誉教授が日本物理学会の会誌に書かれた記事「磁気共鳴の夜明け」 に基づ［1］いて、当時の話を紹介する。同学会の許可を得て、その抜粋を以下に転載し、最後に捕捉を加えたい。
なお、〔 〕で囲んだ注釈は筆者が付け加えたものである。
伊藤順吉（1914 〜 2009）
写真提供：大阪大学

日本物理学会が発足してから今年〔1996 年〕で50 年になる。これを記念して、この 50 年間の我が国の物理学の進歩を、いろいろな分野でまとめた記とに努力した。

述が会誌を飾っているが、私は 50 年前の前後それ

Berkeley に遅れることほぼ 4 年で、われわれのぞれ数年間にまたがる我が国の磁気共鳴誕生の歴〔中
実験結果が出だしたのは 1938 年からであった。

史を、当時の我が国のおかれた情況に触れながら略〕記述した。戦争を挟む前後の時代を体験した一人

さて、原子核の構造を論ずる時には、その核のの昔の話としてお読みいただきたい。

スピン、磁気能率は重要な指標となる。スピンは超〔中略〕大阪帝国大学はこの間の 1933 年に理学部

微細構造の線の数から求められるが、Rabi は磁気が開設され、第一回生として私も入学した〔伊藤の能率の精密測定の殆ど唯一の方法として、分子線。1934 年には理学部
経歴については付記 1 を参照〕

による磁気共鳴を開発したのであり、最初の研究はの建築が完成したが、当時としては世界に通用する

塩化リチウム分子中のリチウム 7 の核磁気共鳴によ60 万ボルトの加速器が作られ、当時たしか 31 歳でる磁気能率の測定であった。この方法はサイクロト

あった菊地正士先生を中心に、中性子の研究が勢ロンで生産される人工放射性核についても適用で力的に行われた。さらに、先生はサイクロトロンのきる可能性があると思われるので、われわれにとっ有用性に着目され、その設置を熱望された。大阪のて関心の的であった。
〔中略〕この時点で、菊地研

財界人の一人がオーナーである財団からの、今の究室でも、将来は放射性核についての実験に進む

価値で約 3 億円に相当する寄付を得て、1936 年にことを期待しつつ、分子線磁気共鳴の装置の建設

サイクロトロンの建設が始まり、ちょうど卒業したに取り掛かった。
〔中略〕菊地研究室の場合も、幾私が菊地先生の指揮の下で、それに従事した。し多の困難に遭遇した。まず、分子線を曲げるため

ばらくして、後に大阪市立大学学長になられた渡瀬の勾配のある磁石の場合には、長さが数十 cm で複譲さんと原子核研究所で活躍された山口省太郎さ

雑な形をした磁極を、1 mm ほどの間隔で精密に仕んが加わり、三人で建設に従事した（菊地、渡瀬、上げることが要求されたが、これは当時大砲の砲身

山口三氏ともすでに故人となられた）。
〔中略〕われの内孔を工作している軍需工場に頼み込んで製作

われの当面の研究目標は、人工放射性元素のβ線

してもらった。その他幾多の困難なところがあったおよびγ線の研究であり、その精密測定のために、

けれども、これを担当された渡瀬さんが次々に解決

収斂のβ線スペクト
当時としては世界有数の 180°

し、完成に近づいていった。しかし、最後の段階

ロメターを作り、正確なエネルギー分布を求めるこ

で、表面イオン効果を用いる検出器に使うタングス

受領日：2017 年 8 月 29 日 受理日：2017 年 9 月 6 日 編集委員：村上 美和

日本核磁気共鳴学会

わが国の NMR 事始め

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テンの細線が、線引きの時の潤滑材の影響のためしていたし、引き上げるときに、マグネトロンなど

か、不純物を含み、微弱な分子線の検出には不適を幾つか持ち帰った。1945 年になると東京は 3 月か

当であることが分かった。しかし、戦時態勢に切りら、関西も 5 月から、夜間の大空襲が度々行われ、替わったその時代に、特別に不純物のないように線

東京も大阪も次第に焦土と化していった。大阪大引きを依頼することは不可能であった。そうこうす

学は、木造の仮教室など以外は焼け残ったが、西るうちに、1941 年 12 月には太平洋戦争が開始され、側一帯は焼け野原となった。そして 8 月 15 日の終

その後半年ほどで要員の減少、物資の欠乏などが戦を迎えたのである。

始まり、分子線磁気共鳴、加速器類の運転など、終戦になり、留守をしていた人々も徐々に復帰し中止せざるを得ない情況となった。これが菊地研究たが、身内の人に戦争犠牲者のあるもの、戦災で室における分子線磁気共鳴研究の顛末である 。

家を失ったものなども多く、また、研究に必要な物＊

NMR史点描80

1943 年になると、菊地先生の海軍技術研究所へ

資は勿論のこと、明日の食糧にもこと欠く生活のもの出向に伴って、渡瀬さんは静岡県島田の大電力マとで、組織的に実験を開始できる環境ではなかっグネトロンの研究所へ、私と山口さんとはマイクロた。サイクロトロンなども、いまさら数年前の状態

波のレーダーの製作のために、東京の海軍技術研を再現するのみというのも気がすすまなかったし、究所分室へ、いずれも出向した〔海軍技術研究所に

なによりも、戦争に負けた心身ともにどん底の状態。こおける電波兵器開発については付記 2 を参照〕の無気力さのうちに、日をすごしていた。12 月にれが私とマイクロ波との初めての遭遇である。このなって、理化学研究所を始め、日本中の総てのサイレーダーの受信部については、東大の霜田光一さクロトロンが米軍によって破壊され、阪大のものはんが大変貢献されたと聞いている。島田には理論

大阪湾に投棄された。同時に、私が研究に使っての先生方も来られて、マイクロ波関係の研究をされいたβ線スペクトロメターも、単にそれがサイクロていた。小谷正雄先生のマグネトロンの発振機構

トロンの磁石をずっと小形にしたような形をしていに関する理論、朝永振一郎先生の量子力学の S マるという理由で投棄され、大学卒業後の総ての努

トリックスと類似の方法での立体回路の理論などの力の結集は完全にゼロとなった。その他にもいろい

解説を聞く機会もあった。われわれは立体回路と全ろあったけれども、結局これが私の原子核物理学

体の構成を担当したが、与えられた最終目標はこのの研究との決別となった。

レーダーで敵の軍艦を的確に捕え、これによって大ここで、科学研究の鎖国について触れておく。

砲の照準を定めて、闇夜でも砲撃が可能な装置の太平洋戦争開始の約半年前の夏ころから、今でい開発であった。米軍はすでにこのような装置を開発

う経済封鎖が行われ、以後、42 〜 45 の 4 年間は戦しており、南方海域の夜の戦闘において、こちらが争で、さらに終戦後も連合軍総司令部（GHQ）の管敵艦を発見する以前に砲撃を受けたと聞いた。装理下にあった 46 〜 48 年までの 6 年半の間、外国文置の開発が得意であった山口さんのアイディアで、献は一切入らず、学問的な鎖国状態が続いた。私1944 年になって、ほぼこの要求を満たす装置に見のように、サイクロトロンについては、Lawrence

通しがつき基礎実験を行っていた。海軍の専門家の 一、 二 の 論 文 と、 仁 科 先 生 の 所 か ら 戴 い たが兵器化を検討していたが、何分波長が 10 cm でBerkeley の最初の小さいサイクロトロンの設計のあるので、立体回路が大きいものになり、これをまブループリントを頼りに製作し、その後の実験も先とめて兵器として設計することは容易なことではな陣を務めている Berkeley を手本にし、ただ、β線い。一方、1944 年の夏すぎになって、かりに兵器

スペクトルを精密に測定することに努めていたの化ができても、これを積む軍艦の数が少なくなり、で、戦時研究から解放された段階での、6 年半に亙これらの兵器を用いる可能性のある海戦は期待できる鎖国状態は、羽根をもがれた鳥にも等しい状態となくなった。これらの理由で、これ以上の研究は中言えた。勿論、このような状態を自分独自の考えを止することになった。折から、Saipan が陥落し、そ深めるいい機会として、着実な発展を遂げられた方

こから直接本土を爆撃機で空襲できるようになり、も多くおられたのであるが。

晩秋に第一回の東京空襲が行われたが、これを体

このような情況にあったある時、多分 1946 年始

験した後、大阪に帰ったのが、終戦の 9 箇月ほど前めの頃であったと記憶しているが、渡瀬さんとの会であった。東京滞在中も、大阪に帰ったときにも研話の時に、どちらからか、Rabi が分子線で行った究ができるように、ある程度の装置を大学にも整備

磁気共鳴が固体でできないであろうかという話に

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ロ波を用いたときの電子磁気共鳴の共鳴磁場は約

卒業研究としてわれわれに加わることになった。名1,000 ガウスであることはよく知っていた。詳しい

古屋大学を定年退官した益田義賀さんと新日鉄東検討はしなかったが、電子スピンが最も多くあって京研究所を経て豊橋科学技術大学を定年退官した

並んでいるのは強磁性体であるから、何らかのレス

草鹿履一郎さんである。この 4 人で、菊地研究室

ポンスが得られるであろう、一度やってみようといに転がっている鉄材で磁石を作り、これにコイルをうことになった。手元にマイクロ波の装置のあるの手巻きすることから始めて実験を開始した。回路はは私であったので、私がレイアウトを考え、東北大神田さんが専門であったので、専らその指導によっ

学出身の渡瀬さんが強磁性の材料を手にいれるこ

た。FMR と NMR で研究結果が出始めて、学会にとになった。渡瀬さんは二、三の方にこの話をされ報告したのは 1949 年の 10 月の年会であった。そのたが、そんなことができますかね、どういう物理的とき FMR は後に日本無線に就職した秋岡哲夫さん

意義があるのですか、というようなことであったとと、NMR は上記の人々との共同研究であった。翌

聞いた。試料はずっと後になって、東北大学のどな

1950 年になると、後にカナダの大学の教授になったからか、超パーマロイの板などをいただいた。した藤本稔さんが加わって、ESR の研究結果が出始

かし、結局、この実験は行わなかった。多分、他にたが、このころになると、東北大学科学計測研究

雑用が生じてそれにかまけてしまったからであった

所の岡村俊彦氏、東京大学理工学研究所の熊谷寛ろう。空洞共振器の Q の測定なども行っていたか

夫氏のグループの研究が発表され始めた。岡村氏

ら、外国でこの種の実験が行われた頃に、われわの方は、もっぱら東北大学の磁気の研究をバックにれの技術でも何らかの結果が得られていたであろして FMR、熊谷氏のほうは専ら ESR であった。岡う。もっとも、強磁性共鳴〔付記 3 参照〕の結果の村氏は割合に早く故人となられた。熊谷氏自身は間

解析は簡単ではなかったであろうが。結局は、磁気もなく原子核の研究に戻られ、今は故人となられた共鳴の物理的意義をよく検討し、その重要性を認が、ESR は阿部英太郎さんに引き継がれた。私が識していなかったことが、敗戦の沈滞状態のもとで

上記の共同研究者との共著で成果を学会誌に発表

も敢えて実験を行う気力を起こし得なかった原因でしたのは 1951 年のことであった。磁気共鳴の原理あったろう。

は Rabi の研究で周知のことであり、また、マイクロ1948 年 1 月になって、GHQ はまず東京に、続い波は、世界中を通じて、戦前は市販の発信管一つて地方都市にアメリカ文化センターを設置し、各種なく、すべて戦時中のレーダーの製作に伴って発達の書籍や資料と共に、学術文献をも閲覧できるようしたものであり、戦争中にこれに関係した物理学者になった。これと相前後して大阪大学（他大学も同の数はアメリカに比しては少ないとはいえ、日本で様であったろう）に学術雑誌が寄贈された。それでもかなりの数に上っていた。勿論、戦災を受けた敗われわれは 6 年半ぶりにバックナンバーも含め Phys.

戦国と戦勝国とでは条件は大いに異なるとはいえ、Rev.などに接することができるようになった。しかこの方面の新しい研究が鎖国の間に芽生えなかっし、帯出禁止であり、今のようなコピー機もないの

たのは、やはりわれわれが模倣の科学の域を越えらで、必要なものは手書きで写した。そして、1946

れなかったことを現しているのであろうか。

年にわれわれも行おうとした強磁性共鳴も、ESR もここで初期の我が国の核磁気共鳴の実験的研究

NMR も行われていることを初めて知った。
〔中略〕の進歩に貢献した一、二を述べておく。1953 年の

このころは原子核実験は、GHQ から禁止命令が日本における初めての国際学会に出席した、NMR

出ていたばかりでなく、到底できる情況でなかっの創始者の一人ともいい得る Bloembergen は、訪たので、マイクロ波の装置を動かしていた研究室

問した各大学において、また大阪大学で開かれたの若い人々と、FMR と ESR を開始した。私自身はシンポジウムの講演などで、NMR がいかに物性のNMR の方により興味を持ったが、これを始める余研究に役立つかを示し、我が国の NMR の研究者

裕はなかった。そのころに、神戸大学工学部教授に多大の影響を与えた。また、1954 年の久保亮五、の神田貞之助さんが、新制大学に切り替わる時に富田和久の論文は磁気共鳴のすぐれた一般理論で新設される理学部に移られることが内定していた。

あるが、色々な問題について直接教示を受け得た

その神田さんと共同で、新しい NMR を始めようとので、われわれ実験をしている者は大きい寄与を受いう話がまとまった。そこへ 1946 年 4 月に入学した

けた（両氏とも故人となられた）。この二つを特に

NMR 2017 8巻

終戦後の第一回の学生が 3 年になり、この中 2 名が日本核磁気共鳴学会なった。渡瀬さんは勿論、私も波長 10 cm のマイク

81

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挙げておきたいと思う。それから後の国の内外の磁を観測し、隣接水和水間の陽子間距離（3.60 Å）を

気共鳴の進歩については、この稿の意図の外であ決定した結果を J. Chem. Phys. に発表している

るので、ここには述べない。
〔後略〕

これは Pake が CaSO4·2H2O の単結晶で水和水内の＊Rabi は戦後の我が国の教育改革の顧問団の一員として1948 年 12 月に来日し、その機会に東京と京都で講演を行った。私は京都のを聞いたが、内容は水素の超微細構造の精密測定であった。研究の物理的意義、実験の詳細、その的確な解釈など、Rabi に敬服していた私は深い感銘を受けた。また、1957 年に Columbia 大学のKusch の研究室を見学したが、かれの秘蔵の分子線の装置が奇麗に磨きあげられており、それを示しながら電子の磁気能率の測定の話などをしてくれた。昔の菊地研究室の装置などを思い出して感慨無量であった。

。

［10］

陽子間距離（1.58 Å）を決定した手法の 2 スピン系から 4 スピン系への拡張であり、4 スピン系の双極子スペクトルを解析した最初の例である。以後、伊藤は NMR を手段とした物性研究を行ない、多くの優れた業績を挙げたが、それを紹介するのは本稿の範囲外である。

付記

1. 伊藤順吉の経歴
1914 年誕生。1936 年大阪帝国大学理学部物理学科
この記事は、伊藤順吉が原子核物理学者として卒業。同年理学部助手。1939 年同講師嘱託。1940

出発し、軍事研究を経て、戦後の混乱の中、磁気年同助教授。1945 年同教授。1946 年大阪帝国大学

共鳴の研究を始めるまでの様子を生々しく伝える

音響科学研究所勤務。1951 年大阪大学産業科学研

は別として、

究所勤務。1958 年大阪大学理学部教授。1963 年大が 戦 中（1945 年 ）、阪大学基礎工学部に配置転換。1977 年停年退職。

は終戦直後（1946 年）に、その間。日本物理学会会長など多くの要職を務め貴重な資料である。分子線磁気共鳴［2］

凝 縮 系 の 磁 気 共 鳴 は、ESR［3］および FMR［4, 5］

NMR［6］

いずれも何らかの意味で戦争と関わり合いを持った。2009 年死去。享年 94。

て開発された。NMR は、Bloch も Purcell も軍事研究のなかでヒントを得て、終戦とともに意気軒高に

2. 戦時中の電波兵器開発［11］開発に打ち込んだ。伊藤は、せっかく FMR のアイ

1943 年から 44 年にかけて海軍技術研究所（在東京）

デアを得ながら実験に着手しなかったのは、 そのは電波兵器開発のために少なくとも 23 名の物理学重要性を認識していなかった ため、 敗戦の沈滞者を動員した。その名簿には記事に現れた人物以状態のもとでも敢えて実験を行う気力を起こし得な外に仁科芳雄、小谷正雄、湯川秀樹、永宮健夫、

かった のが原因だろうと謙虚に述べているが、研伏見康治らの名も見られる。最も中心的なメンバー

究に必要な物資はもちろん、明日の食糧にもこと欠が菊池正士であり、彼は 1943 年春、同研究所に海いて打ちひしがれた状態では、たとえその重要性

軍技師として出向した。その使命はマグネトロンをを認識していたとしても実現は難しかったかも知れ利用したセンチ波レーダーおよび高出力マグネトロない。戦勝国と敗戦国の差はやはり大きいと思われ

ン（Ｚ装置あるいは殺人光線）の開発だった。

る。
戦後の混乱もやや落ち着いてきた 1948 年に、63. 強磁性共鳴 FMR（Ferromagnetic Resonance）

年半に及ぶ 鎖国状態 が解け、Phys. Rev.などか強磁性体の ESR。強磁性体の巨視的磁化 M は磁場ら ESR、NMR、FMR が開発されているのを知っ

H 中で歳差運動をする。その周波数は H だけでなた伊藤は共同研究者とともに電磁石や回路を製作

く、M や磁気異方性によって決まる。したがって、し、実験を開始した。電磁石の電源には有り合わ

FMR は通常強磁性体の磁気異方性の測定手段としせの自動車用の蓄電池を使ったという 。翌年 10て使われる。

［7］

月に物理学会年会で NMR と FMR の結果を発表している。学術雑誌には、1950 年、51 年にそれぞれ
NMR史点描

FMR と ESR を 2 編ずつ発表し、NMR については1951 年、52 年にそれぞれ 19F と 7Li, 23Na, 27Al, 31P のγの H に対する相対値をそれまでの報告より高精
1度に決めて Phys. Rev.に発表している。1H の共［8, 9］

鳴周波数は 8 MHz であった。1952 年にはさらに、

K 2HgCI 4 ·H2O の単結晶の 1H スペクトルの角度変化
82

文 献［1］ 伊藤順吉 (1996) 日本物理学会誌 , 51, 491,〈 http://.
www.jps.or.jp/books/50thkinen/50th_07/003.html 〉［2］ Rabi, I. I., Zacharias, J. R., Millman, S., and Kusch P.
(1938) Phys, Rev., 53, 318.
［3］ Zavoisky, E. J. Phys. USSR (1945) 9, 245.
［4］ Purcell, E, M., Torry, H, C., and Pound, R. V. (1946)
Phys. Rev., 69, 37.
［5］ Bloch, F., Hansen, W. W., and Packard, M. (1946)
Phys. Rev., 69, 127.

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8［10］Itoh, J., Y., Kusaka, R., Yamagata, Y., Kiriyama, R.,
and Ibamoto, H. (1952) J. Chem. Phys., 20, 1503.
［11］河 村 豊 (2001) 博 士 論 文 , 第 5 章 , 第 2 節 〈, http://tdl.libra.titech.ac.jp/hkshi/xc/contents/pdf/
117044335/9 〉.

83

日本核磁気共鳴学会［6］ Griffiths, J. H. E. (1946) Nature 158, 670.
［7］ 伊藤順吉 (1994) 固体物理 , 29, 507.
［8］ Kanda, T., Masuda, Y., Kusaka, R., Yamagata, Y.,
and Itoh, J. (1951) Phys. Rev., 83, 1066.
［9］ Kanda, T., Masuda, Y., Kusaka, R., Yamagata, Y.,
and Itoh, J. (1952) Phys. Rev., 85, 938.

NMR 2017 8巻

寺尾 武彦（てらお・たけひこ）

1966 年、京都大学理学部物理学科卒業。1973 年、京都大学理学博士。1975 年、京都大学理学部（化学科）講師。同助教授、同教授を経て、1995 年、京都大学大学院理学研究科教授。

2005 年、定年退職、京都大学名誉教授。2008 年、ISMAR Fellow。2011 年、日本核磁気共鳴学会名誉会員。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

海外学会報告若手研究者渡航費助成金について

NMR 学会では、NMR 研究を行う若手研究者が海外で行われる国際会議（学会・シンポジウム等）で自分の研究成果を発表する場合、あるいは NMR practical course 等の測定・解析技術の実践を学ぶための学術集会へ出席する場合の渡航費を補助します。NMR 関連会議等のほか、生物・化学・物理系、材料・高分子系など基礎科学から応用科学の海外国際会議等の NMR 関連研究発表への渡航助成についても広く募集し
ます。

◆応募資格
・ 応募時に会費納入済みの日本核磁気共鳴学会会員であり、35 歳以下であること。
・ 大学院生、博士研究員、およびそれに準ずる者であること。
。
・ 他の旅費補助金を受けていないこと（本助成金で足りない部分を研究室等で補填することは可）・ 所属する研究室において選考を経た後、同じ国際会議に対して 1 名のみ応募可。

◆応募方法（詳細は学会ホームページ（http://www.nmrj.jp/index.php）をご覧ください。）
1. 応募書類・ 若手研究者渡航費助成金応募申請書（様式指定、推薦理由、応募理由を記入のこと）
・ 略歴（様式自由）・ 学会発表、論文リスト（様式自由）・ 参加予定の国際会議の発表要旨
以上の書類を電子メールに添付（PDF 形式あるいは Word 形式）して送付すること。

2. 応募期間
国際会議の開催時期に応じて、年に 3 回募集を行う。
（A）7 〜 10 月開催の学会は 4 月 10 日〜 5 月 31 日を募集期間とする。
（B）11 〜 2 月開催の学会は 8 月 1 日〜 9 月 15 日を募集期間とする。
（C）3 〜 6 月開催の学会は前年の 12 月 1 日〜 1 月 15 日を募集期間とする。

3．応募書類送付先
若手研究者渡航費助成金選考委員長 池上 貴久（ikegamit@yokohama-cu.ac.jp）◆選考方法
若手研究者渡航費助成金選考委員会において、応募締切日までに受け付けた応募者から A、B、C 各期に若干名の援助金受領者を選考し、各応募締切日から 1 カ月以内に、その結果を会長名で本人宛てに通知します。また受領者は NMR 討論会において賞状をもって顕彰します。採択件数は年間 5 名程度。

◆助成額
海外学会報告84

助成額：1 件あたり 10 万円
助成金の贈呈は参加報告書（右記参照）提出後となります。

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85◆報告の義務を帰国後 1 カ月以内に選考委員長宛に提出してください。NMR ニュースレター、機関誌および学会ホーム
ページで参加報告書を公開します。

◆過去の本助成金採択者
平成 29 年 7月～ 10 月開催の学会に参加した助成金採択者

EUROMAR 2017（ワルシャワ）7/2 〜 7/6 に参加
末元雄介 首都大学東京理工学研究科 博士前期課程 1 年

19th IUPAB, 11th EBSA（エディンバラ）7/16 〜 7/20 に参加
若本拓朗 立命館大学大学院生命科学研究科 博士後期課程 2 年

20th ISMAR 2017（ケベック）7/23 〜 7/28 に参加

若手研究者渡航費助成金選考委員 池上貴久、朝倉哲郎、浅野敦志

NMR 2017 8巻

山田隼嗣 名古屋大学大学院生命農学研究科 博士後期課程 1 年

日本核磁気共鳴学会

援助金受領者は参加した国際会議等の参加報告書（書式は NMR ニュースレターの投稿規定に従うこと）

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

海外学会報告EUROMAR2017 参加報告書
名古屋大学大学院生命農学研究科生命技術科学専攻 博士後期課程 1 年

山田 隼嗣
shunji.yamada@riken.jp

この度、日本核磁気共鳴学会の平成 29 年度第 1

法がありますが、極低温で分極を行う必要があり、回若手研究者渡航費助成の支援を受け、2017 年 7装置のセットアップやコストの面で実用性に欠け

月 2 日から 6 日の間にポーランドのワルシャワで開る点があります。パラ位水素を用いた過分極とし催された EUROMAR2017 に参加致しました。本助て、不飽和前駆体の水素化に基づく PHIP（Para-

成金により海外における NMR の国際学会に参加さ

Hydrogen Induced Polarization）や遷移金属触媒

せて頂いたことを、故京極好正先生と故阿久津政を用いることで水素化を伴わない SABRE（Signal

明様ならびにご家族の皆様、株式会社エルエイシ

Amplification By Reversible Exchange）等の手 法

ステムズ、日本核磁気共鳴学会竹腰清乃理会長をにより低磁場 NMR での高感度化が注目されていはじめ関係者の皆様に心より御礼申し上げます。

ました。さらには、ダイヤモンド窒素・空孔中心

欧州最大規模の NMR 学会である本会では、世界（NVC：nitrogen-vacancy center）を用いて光学的各国から先端的な研究者が集い、口頭発表及びポに観測する技術は、既存の技術としてはサンプルスター発表を含め 400 題を超える発表が行われまし

容量が最小で最も高感度な技術として今後の発展た。また、企業ブースでは NMR 装置や関連製品なが期待されました。

どの主要メーカーから最新情報を入手することがでまた、混合物の NMR 計測においては分離せずそのまま計測できる利点がありますが、混合物の場合きました。

シグナルのオーバーラップが問題となります。複雑

メタボロミクス、ハードウェア、Hyperpolarizationに重なったシグナルを分離する手法として、Pureの最新の研究動向を知ることができました。中でshift 法では同種核間での J カップリングをスペク

も Hyperpolarization に関する研究が数多く見られ

トルからすべて消去し、シグナルを単純化できまました。NMR は低感度であることが弱点とされます。特に、従 来 の ZS（Zangger-Sterk）法 や BIRD

すが、Hyperpolarization により核スピンのエネル（BIlinear Rotation Decoupling）法で見られた感度

ギー順位差を増加させ、より強いシグナルを得るの低下を改善した PSYCHE（Pure Shift Yielded by

ことができます。マイクロ波を照射することによ

Chirp Excitation）法を導入することで高分解能化 /り、スピン偏極を電子から原子核へと移動させる動感度上昇が著しく進んでいました。Pure Shift 法の的 核 分 極（DNP：Dynamic Nuclear Polarization）

問題点としてサイドバンドの存在がありますが、残写真 ポスター発表会場の様子

写真 企業ブースの様子

海外学会報告本 会 で は、 溶 液・ 固 体 NMR、Computational、

86

ニュースレター掲載日：2017 年 8 月 20 日

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

87

存する J 変調の位相を調整することでサイドバンド
日本核磁気共鳴学会

を完全に抑制する Ultraclean pure shift NMR の研究が発表されており、JMR AWARD を受賞されていました。

NMR の ハ ード ウェ ア の 面 で は、こ れ ま で の
低温 超電導（LTS）素材を用いた装置では 1 GHz（23.5 T）が限界でしたが、高温超電導（HTS）素材
な話題でした。また、magritek 社のブースではベ
写真 口頭発表会場の様子

ンチトップ NMR である Spinsolve の展示が行われていました。従来の高価で大掛かりな装置であるという印象を刷新する製品であり、永久磁石を使用

ム COLMAR Web サ ー バ ー（http://spin.ccic.ohio-

し、ヘリウム不要でわずかなスペースで使用可能な

state.edu/index.php/colmar）が 発 表されており、装置です。ワークショップでは、最大 80 MHz のモ

今後の展開に注目したいと思います。

デルが製品化され、アセトアルデヒドのアセタール

報告者は InterSpin：Database and webtool for化を例にオンラインで化学反応のプロセスをモニタ

small to macromolecular mixture analysis と題リングできることが紹介されました。また、ソフト

したポスターを発表しました。InterSpin（http://

ドリンク中での糖の測定や尿の代謝物同定において

dmar.riken.jp/interspin/）のデータベースである

水のシグナルを消すことに成功しており、食品成分

SpinLIMS は、NMR スペクトルデータと PubChemや代謝物分析において実用的なレベルになったことなどの公共データベース、化合物の構造情報であが示されていました。

る SMILES や sdf などの情報が関連付けられている

Computational のセッションでは、温度変化に点が特徴です。 H- C HSQC スペクトルの代謝物

よって生じる化学シフトの変化を抽出するラドン変

同定システム SpinAssign と 2D Jres スペクトルを基換を用いた手法により迅速かつ高感度な連続 NMR盤とする SpinCouple を統合することにより相互の測定が可能であるとの発表があり、数学の活用によ

データを活用した機能を追加予定であることや機械

る NMR の発展が期待されました。

学習を応用することで蓄積されたデータを利用し代1

13

NMR 分野における機械学習の活用では、タン

謝物の同定精度を向上させる構想をアピールしましパク質の構造解析におけるシグナル帰属の自動化た。さらには、実験データだけではなく、原子帰属に機械学習を適用した研究が見られました。報告

データから量子化学計算による理論的な化学シフト

者の所属研究室からもメタボロミクスにディープや J 値を予測し登録していくことで計測していない

ニューラルネットワーク（DNN）を活用することに代謝物も同定できるようにすることを今後の展望とより従来の部分最小二乗法（PLS）に比べ大幅に分しました。聴講者からは高分子の同定について興類精度を向上させることや、量子化学計算により味を持って頂き、類似構造を持つ高分子代謝物の算出した理論化学シフトに機械学習を用いることで判別が今後の重要な課題であることを認識しまし実験的化学シフトに近似され NMR スペクトルの予た。

測に有効であることを発表し、機械学習やケモイン

本学会で集めた NMR の高感度化、高分解能化、フォマティクスの活用でイニシアチブをとっていき

ベンチトップ NMR、数学や機械学習の応用などをたいと考えています。

自分の研究に取り入れるべく、詳細を追跡していき

ウェブツール関連としては、本会では NMR ス
ペクトルフィッティングソフトウェア INFOS や sdf
データを用いて NMR スペクトルデータと化学構造を関連付ける NMReDATA、代謝物同定システたいと考えています。
最後に、貴重な機会を与えてくださいました日本
核磁気共鳴学会に重ねて御礼申し上げます。

NMR 2017 8巻、コンパクト化が大きによる超高磁場化（1.2 GHz）

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

海外学会報告The 20th ISMAR meeting 参加報告書
立命館大学大学院生命科学研究科生体分子構造学研究室 博士後期課程 2 年

若本 拓朗
sc0019sh@ed.ritsumei.ac.jp

私はこの度、平成 29 年度日本核磁気共鳴学会第１回若手研究者渡航費助成の支援により 7 月 23 日
から 7 月 28 日にカナダのケベックにて開催された「The 20th ISMAR meeting」に参加しました。日本
核磁気共鳴学会会長・竹腰清乃理先生、若手研究者渡航費助成金選考委員長・池上貴久先生、関係者の皆様に深く感謝申し上げます。開催地であるケ
ベックでは日中の気温が 20℃前後ということもあって非常に快適な環境の下で学ぶことができました。
写真 会場の様子

私 は「 Structure determination of the locallydisordered state of ubiquitin by high-pressure

いる領域である Q40C 及び K33C に常磁性プローブ

NMR spectroscopy」という題目でポスター発表を（MTSL）を導入し常磁性緩和促進（PRE）法により7 月 25 日に行いました。ユビキチンは天然状態よりNOE だけでは不足していた距離情報の獲得に成功も高いギブズ自由エネルギーを持った状態（高エネ

しました。最終的にベイズ推定を用いた立体構造

ルギー状態）が水溶液中で少なくとも 2 つ存在して計算により精密な座標決定に至りました。ポスター

いることが明らかにされています（準安定状態 N2 と発表を通じて自身の研究成果を多くの参加者に伝局所変性状態 I ） 。N2 状態の 3 次元原子座標は高えることができて非常に有意義な時間を過ごすこと

圧力 NMR 法を用いた研究によって解かれていましができました。また高圧力 NMR 法について興味をたが、I 状態に関しての精密な原子座標決定の成功

持ってくださる方が多くエキサイティングな議論の。今回私は、天然状連続という印象の強い学会となりました。最後にな態の構造を不安定化させた変異体 Q41N を用い高りますが、今回の学会参加に関してご支援ください

圧・酸性・低温の条件で I 状態の原子座標決定に成ました日本核磁気共鳴学会関係者の皆様に厚く御功することができました。特筆すべき点として、1

礼を申し上げます。

［1］には至っていませんでした［2, 3］

気圧では分布率の少ない I 状態を圧力下で安定化し構造決定を行ったことです。I 状態は高圧下で 33­

41 番の NH の信号が著しく減弱しているため核オーバーハウザー（NOE）法だけに基づいて原子座標決定をすることが困難でした。NMR 信号が減弱して
海外学会報告88

ニュースレター掲載日：2017 年 8 月 20 日

参考文献
［1］ Kitahara, R. et al., J. Mol. Biol., 347, 277-285 (2005).
［2］ Kitahara, R. et al., PNAS, 100, 3167-3172 (2003).
［3］ Kitazawa, S. et al., Biochemistry, 53, 447-449 (2014).

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

89

海外学会報告首都大学東京理工学研究科分子物質化学専攻 博士前期課程 1 年

こ の 度 2017 年 7 月 16 日 〜 20 日 の 5 日間、19th

IUPAB and 11th EBSA congress に日本核磁気共鳴

してくださった方もあり、ポスターセッションは非
常に有意義でした。

学会様の若手研究者渡航助成金のご支援によってまた、NMR が専門ではない方も多く参加されて参加させていただきましたのでご報告いたします。

いた本学会では、「PCS の化学シフト変化はユビキ

本学会が開催された、スコットランドの首都であチンが構造変化していることを表している」というよるエディンバラは、真夏の 7 月でも冷涼な気候で、うに誤解された方もおり、そうでないということを私

かつ学会期間中は雨も降らなかったため、極めて快の未熟な英語で伝えることに非常に苦労いたしまし

適に学会を楽しむことができました。またキャッス

た。相手の表情をうかがいつつジェスチャーを交えル・ロックの上に聳え立つエディンバラ城が非常にてディスカッションをして、最終的には理解してい印象的な都市でした。

ただいたのではないかと思いますが、このセッショ

私はこの学会で Protein structure determination

ンの前後で私の英語でのコミュニケーション・スキ

in living eukar yotic cells by in-cell NMR spec-

ルが多少なりとも向上したのでないかと思いました。

troscopy というタイトルでポスター発表を行いま

口頭発表では、蛋白質のフォールディングに関すした。内容は、還元環境でも安定なヨードアセトア

る細胞機構など、私自身の研究に比較的近い内容のミド基をリンカーに持つ新しいランタノイド結合タ

講演を聞けたほか、アルツハイマー病に関連するアグをデザインし合成した結果、ヒト培養細胞内で良ミロイドのミスフォールディングに関する非常に印象

好な in-cell PCS 実験を行うことに成功したというも深い講演をいくつか聞くことができました。勉強不のです。この研究の一部はすでに昨年論文になっ

足で理解できない内容もありましたが、これらの口ています［Hikone, Y. et al., J. Biomol. NMR 66, 99-

頭発表の内容には大変勉強になることが多く、自ら110（2016）］。

の知見を広げるうえで大変有意義な時間となりまし今回の学会では細胞機能に関する研究発表も多た。今後の研究に生かしていきたいと思っています。

くあったため、私の in-cell NMR 関連の発表に興味をもたれた参加者も多かったようで、非常に多数の最後になりますが、基金設立にご尽力くださいま方にポスターにお越しいただき、様々なディスカッした故京極好正先生、故阿久津政明様、ご遺族のションを交わすことができました。例えば、蛋白質

方々、また参加をご支援くださいました日本核磁気に対するタグの固定法について、いろいろと提案を共鳴学会関係者の皆様に厚く御礼を申し上げます。

写真 ポスター発表会場

写真 口頭発表会場

ニュースレター掲載日：2017 年 8 月 20 日

NMR 2017 8巻

末元 雄介
suemoto-yusuke@ed.tmu.ac.jp

日本核磁気共鳴学会

19th IUPAB and 11th EBSA congress の参加報告書

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

技術レポートNMR サンプルチューブの話
株式会社シゲミ

関充男

shigemi-corp@nifty.com

はじめに気に留めていただき、今後の測定に生かしていただ

NMR の測定において、感度や分解能を考慮すれければ幸いです。

ば、サンプルを容器に入れない状態で測定できればベストなのですが、現在の技術では物理的、金材料の話

額的に容器に入れないと測定できない構造になってサンプルチューブの材料は大手ガラスメーカー、います。つまり、NMR のサンプルチューブは測定

いわゆる窯業（ガラスを溶かして製品にする設備をにおいて最も重要なファクターのひとつであり、分持った会社）からチューブの形で購入いたします。

解能調整に影響を与えるとともに、感度にも影響を大型の設備が必要なため窓ガラスや自動車のガラ与えます。また、汚れや、ガラスの成分の中に測定スなどが主力で、ガラスチューブを製造販売していに影響を与えるような物質が混入していれば正しいる会社は少ないのが現状です。例えばパイレックス

測定結果が得られません。サンプルチューブを目的を製造しておりました、ダウコーニングは理化学用にあった実験に合わせ上手に使えば、通常の 5 mm

ガラス部門をすべて売却してしまいましたので、パサンプルチューブより良い結果が得られることがあ

イレックスというブランド名は理化学ガラスからはります。

消えてしまいました。今は、ドイツのショット社が例えば、絶対量が限られた量であれば高濃度に一番大きい会社です。ショット社の創設者のオッすれば感度が稼げますが、液量がある程度ないとトー・ショットが耐熱ガラスであるホウ珪酸ガラス

分解能調整ができません。3 mm サンプルチューを発明しました。

ブにサンプリングあるいは対称形ミクロサンプル

ショット社より購入したチューブを開梱すると写チューブにサンプリングして測定すれば、普通の真 1 のようになっています。指定のサイズのものは5 mm プローブでも感度を稼ぐことができます。ま何トンという単位でないと購入することができませた、DIFFUSION などの測定においては、パルス磁ん。また、NMR サンプルチューブのような精度が場勾配で局所に発生した熱により対流が起こりデー

必要なものは、素材の段階で曲がりが少なく、偏肉タの精度が著しく損なわれる場合も、サンプル量を差が少ないなどの精度選定が必要です。

少なくする工夫をすれば良い結果が得られます。
この機会に、サンプルチューブのことを少しでも一般的なチューブはホウ珪酸ガラスで作られています。表 1 のように、ホウ珪酸ガラスには線膨張係数の異なる 2 種類の JIS 規格があります。柔らかく、安価で加工しやすいが、熱膨張係数が大きいので温度変化に弱く、アルカリ溶出度が高いのが、ホウ珪酸ガラス− 2 に分類されます。硬く、高価で加工しにくいが、熱膨張係数が小さく温度変化に強く、アルカリ溶出度が少ないのが、ホウ珪酸ガラス− 1

技術レポートです。
ホウ珪酸ガラスと石英ガラスの組成は表 2 のような成分になります。
耐熱ガラス、硬質ガラスなどと呼ばれる、ホウ珪酸ガラスの組成は二酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸
写真 1 ホウ珪酸ガラスチューブ

90

化ナトリウム、酸化アルミニウムなどです。石英

受領日：2017 年 8 月 10 日 受理日：2017 年 8 月 24 日 編集委員：浅野 敦志

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.891

表 1 JIS R-3502 化学分析用ガラス器具についての品質等級抜粋
線膨張係数

アルカリ溶出量（ml/g）

ホウ珪酸ガラス− 1−7

35 × 10 /℃以下

0.10 以下

ホウ珪酸ガラス− 2−7

55 × 10 /℃以下

0.20 以下

ソーダ灰ガラス55 × 10 − 7/℃以下

2.0 以下

種 類

SiO2

B2O3

Na2O ＋ K2O

Al2O3

ホウ珪酸ガラス

81％

13％

4％

2％

石英ガラス

100％

写真 2 白金の坩堝

写真 3 円柱加工

は一番硬く、熱膨張係数も非常に小さいのですが、も大切ですが、熱膨張係数も大切で、ケースになる

硬いので加工が非常に困難です。ホウ素フリーのた

外管の熱膨張係数と合わないと溶着できず製品にめ B 等の測定に使われますが、プローブの材料になりません。

11

ホウ珪酸ガラスが使用されている場合もあります。

磁化率調整ガラスの作成は 1 回の発注には大量であることが条件なので、大量に作成する前に各溶

NMR サンプルチューブ製作の話媒に対応する磁化率が正しいかを確認するために、一般的なサンプルチューブでなく、対称形ミクロ

NMR の装置で厳しい条件で分解能調整ができるかサンプルチューブの作成方法についてお話しさせてテストしております。製品にする前に、磁化率測定

いただきます。

を何回も行います。執筆中にタイミングよく、新製品であるアセトン用磁化率調整ガラスの試験を横浜

1. 磁化率調整ガラスの作成
最初から最後の工程まで機械を使って人の手で工作しています。

市立大学で「成果非公開（占有）利用（有償利用）」

600 MHz NMR（クライオプローブ付）を利用させていただき、栗田さんに測定をしていただきました。

磁化率調整ガラスの作成にはホウ珪酸ガラスの試作の磁化率調整ガラス管に重アセトン d（
6 99.9％）中に各溶媒に合わせた磁化率になるような物質を添をサンプルとして、表 3 に示したように、液高を加すると同時に、溶媒の種類によって区別がつくよ

15 mm、10 mm、5 mm と変えて分解能を確かめまうにガラスに色を付けます。これを写真 2 のようなした。15 mm、10 mm の液高という非常に厳しい条

白金坩堝で不純物が入らないよう溶融します。冷え

件ながら、栗田さんの腕で、スペクトル 1 のようなて固まったガラスブロックを角柱に切り出したのちきれいなスペクトルを得ることができました。さす写真 3 のように円柱状に加工し、センタレス加工でがに 5 mm の液高は充分な分解能を得られませんで外周を精密研削し、長さを整えます。磁化率が最した。ピークは確認されておりますので、この液高

NMR 2017 8巻

表 2 ホウ珪酸ガラスと石英ガラスの組成

日本核磁気共鳴学会

等 級

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

は検出コイルより短いためと考えられます。

取っていきますので、何回もの研削をします。最後に研磨器で表面を滑らかにします。

2. 組み立て内外径を仕上げたら、気泡や傷のあるものを排外管になるチューブをイラスト 1 のような、シュ

除し、曲がりがあるものを取り除き、磁化率調整

リンク法とういう真空成型を行い、内径を高精度ガラスをガラス管に挿入溶着し、アニール処理し± 0.0025 mm の 公 差まで 仕 上 げ ます。 沢 山 の パます。アニール処理とは、溶着したところだけ高ラメータがありますが、ほとんど経験と勘で行い熱になることで生じたひずみ（内部応力）を取り除ます。外径は写真 4 のようなセンタレス研磨で±く作業のことをいい、560℃付近までいったん温め

0.0025 mmn の公差に研削・研磨します。こちらのて、徐々に冷却する操作を指します。ガラスに限らほうがパラメータは少ないですが、機械は 1000 分

ず、金属や樹脂加工などでも行われています。仕台の単位で目盛通りに働いてくれません。やはり経上がった外管は写真 5 のようになります。

験と勘が必要です。また、この作業は少しずつ削り
表 3 サンプル ACETON-d6 99.9％
液 高

容 量

サンプル 1

15 mm

208 uL

サンプル 215 mm

208 uL

サンプル 310 mm

138 uL

サンプル 410 mm

138 uL

サンプル 5

5 mm

69 uL

写真 6 のように内管になる磁化率調整ガラスをサンプルが逃げることができるようにより細い管で接合し、さらに、太い管に接合します、この時すべての中心が同一でないと外管にうまく挿入できません
ので、専用の機械を使いセンターが一直線になるよ
うに溶着します。

3. 印 刷
最終組み立てが終わると、写真 7 のようにガラスの曲面にスクリーン印刷で印字を施します。この方法では、ほとんどどんなものにでも印刷可能です
が、装置が今どきのプリンターと違い、すべてがアナログですので、経験と勘が必要ですが、非常に柔軟に印刷対象物に適応することができます。
ちなみに、iPhone のガラスパネル内側部分には、当社と同じインクでスクリーン印刷されています。
また、円筒ガラスにスクリーン印刷でプリントパ
ターン（電子回路）等も印刷できます。
当社の製品で一番外径が細い対称形ミクロサン
プルチューブ 2.5 mm の内管 1.7 mm に印刷するのはスペクトル 1 重アセトン（99.9％）中の軽アセトン

技術レポートイラスト 1 真空成型
92

写真 4 センタレス研削

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

日本核磁気共鳴学会

写真 5 対象形ミクロサンプルチューブ外管

93

NMR 2017 8巻

写真 6 対象形ミクロサンプルチューブ内管調整が非常に難しいです。また、SLOT TUBE のス
ロットの目印の青いラインをスロットの位置に合わせるのも目視なので、経験がないと正しく印刷するのは至難の技です。
磁化率調整ガラスの性能試験で厳しい条件にもかかわらず、素晴らしいデータをとっていただいた
横浜市立大学栗田さんに感謝しております。また、ガラスに関するすべてのことをご教示いただいた会
長及び社長に御礼申し上げます。

関充男（せき・みつお）

1989 年

バリアンインスツルメンツリミテッド入社

2013 年

株式会社シゲミ入社

写真 7 BMS の印字

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NMR 便利帳

生体系 NMR の解析ツール（機械学習と自動化）
大阪大学蛋白質研究所

小林 直宏
naohiro@protein.osaka-u.ac.jp

近年の NMR 装置技術の進歩や解析技術の高度シグナルにして約 0.03 ppm の要求精度など）、強度化により、安定同位体ラベル体として残基数 100 〜

あるいは線幅情報を必要としない（詳細は原著を参150 程度の小型タンパク質ならば、場合によっては照していただきたい）。これは NMR シグナルの定測定時間を除いて 1 週間程度で精密な構造モデル

量的な情報を高精度に求める事が現実的には困難を得る事が可能である。NMR 法による構造モデルであるケースが多いためであり、解析精度の向上にの構築には距離情報、2 面角情報、配向情報など固はむしろ定性的な情報量としてシグナル帰属あるい体・溶液問わず必要不可欠である。当然ながらこは構造計算のためのデータに高い冗長性を求めて

れらの構造情報を得るためには多次元スペクトルをいる。例えば、ある H シグナルが NMR 測定パル

多数測定する必要があり、期待される NMR シグナ

スシーケンスおよび化学構造あるいは立体構造上ルの位置、強度、体積などを検出させる。現在に妥当な化学シフト位置を示すピークとしてスペクト

おいては、スペクトル情報と検出ピーク情報を元にル上で検出される場合を考えてみよう。そのシグナ

自動的なシグナル帰属を達成可能な複数のプログ

ル位置が複数のピーク、複数のスペクトル上で予ラムが存在する。特に Güntert らにより開発された測と近い位置に観測されれば、その頻度によりシグ

FLYA 、Hermann らにより開発された UNIO

は

ナル情報の信頼性が高まると言える。このシグナル

シグナル帰属と立体構造モデリングとを協奏的に実情報の冗長性は統計的な情報量を増大させ、シグ行する事でそのシグナル帰属精度と構造モデルのナル帰属や距離制限情報の帰属解を収束させるこ

決定精度を高める事に成功している。その一方で、とになり決定精度を向上させることが出来る。した

これら自動解析プログラムの多くは NMR シグナル

がって、出来る限り正しいピークと判断し得るシグを手動で検出する事を推奨しており、ユーザーは未ナルデータ（偽ピークと明白に判断できないデータ）

だスペクトルビューア上で目視によるピーク検出をを数多く入力する（情報量を増やす）ことが、これ強いられる事になる。

らの解析自動化技術には必須と考えるべきであり、

［1］

［2］

NMR データ解析においては、観測される核スピ

誤ったピークが多ければ帰属解は収束しないことにンの共鳴周波数とスピン間の相互作用の結果としなる。検出された NMR シグナルの帰属精度には信て期待された化学シフトおよび強度を持つシグナ

頼度が存在してしかるべきであり、なんらかのパラ

ルを、スペクトルデータから探索し帰属するといメータとして記録されるべきだろう。また、NMR

う、もはや近代 NMR の解析法ではごく当たり前の構造と化学シフト情報の正確さに関する客観的な評作業を行う。古くは 1 次元スペクトルのシグナル同価方法開発は今もって大きな課題であり、自動解析士の重なり合いの解析を目的としたデコンボリュー

では特に構造モデルと実験的に測定された残余双ションの方法論などが NMR 法の黎明期に多数開発

極子（RDC）との整合性を評価する方法などの利用された。しかしながら、現在でも標準的に用いらが強く望まれる。

NMR便利帳れている多次元 NMR 法では各サンプルあたり、例

一方、全くノイズの無い（期待されないシグナル

えば残基数が 76 個しかない C/ N ユニフォームラを含まない）NMR スペクトルを得る事はほぼ不可

ベル体の Ubiquitin ですら 3 次元 NMR スペクトル能と考えた方が良い。これは装置の状態、サンプル

上で 4,000 個を超えるピーク群を解析する必要があの安定性、測定者の技量など様々な要因があるが、り、それら全てに対して厳密な非線形解析を実行

限られたマシンタイム、苦労して調製したサンプル

することはあまり得策とはいえない。FLYA、UNIOの濃度が低いなどの諸事情により、多数のノイズといった自動帰属ツールはピークの厳密な位置（ Hと悪戦苦闘を強いられる事も多いのが実情である。

13

15

1

94

1

受領日：2017 年 8 月 31 日 受理日：2017 年 9 月 27 日 編集委員：児嶋 長次郎

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

A

B

95

C
日本核磁気共鳴学会
NMR 2017 8巻

DE

図 1 A：強いシグナルからの波打つようなノイズ、B：テール状のピーク由来のノイズ、C：デカップリングが不十分であったためのノイズ
D と E の 2 次元スペクトルは、軽水由来のノイズ除去を行った 1H-13C HSQC スペクトルを自動検出でピーク選別した場合（D）と CNN フィルタ処理でピーク選別した場合（E）の比較。

NMR スペクトルにおけるノイズ（あるいはアーティ

は手作業で丁寧にピークを確認しながら検出するのファクト）とは、測定者の意図しない望まないシグが妥当な選択肢であるが、なぜ人間はこうも簡単にナルであり、多くの場合微量の混入物由来のシグ

ノイズとシグナルの区別が正確に実行出来るのであナルであったり、ベースラインの歪み、パルス長やろうか？筆者はこの疑問に長年思いをめぐらせてき

delay time、デカップリングパルスなどパルスシー

たがこの数年における機械学習の進歩が本稿で述

ケンス中のパラメータ設定が不十分であったりと、べる技術開発の発端となった。

発生する原因は様々である。とりわけ H 核観測のこの 5 年ほどの深層学習の進歩は目覚しいものが実験の場合、巨大なバルク水由来のシグナルは、ある。深層学習とは機械学習の一種と考えられ、そ大きなノイズとして貴重なシグナル検出の妨げとな［3］［4］の成果は Google の猫 、AlphaGO による囲碁対る（かつては pre-saturation という方法が積極的に戦などメディアを賑わせている。本稿で述べる深層用いられた時期もあったが、貴重な Hα/ Cαなど

学習は、その技術の一端であり、とりわけ成功を収を由来とするシグナル強度が減衰あるいは消去してめている畳み込みニューラルネットワーク（CNN）

しまうため、軽水中での実験では現在ほとんど用による高度な画像認識と NMR データ自動解析へのいられていない）。自動ピーク検出機能を有するス

応用について述べる（図 1D と E の比較から CNN のペクトラムビューアは多数存在するが、無情にもこ顕著な優位性がわかる）。CNN の歴史は意外にもれらのツールはノイズ、シグナルの区別無くピーク

古く、福島を検出してしまうため、図 1A 〜 C で示したように

トワークの一種であるネオコグニトロンに始まり、NMR 研究者なら一目でノイズと判断できる偽ピー

LeCun, Hinton ら［6, 7］による活性化関数や誤差伝播

クを多数無駄に拾い集める事になる（計算機の側か法の導入などの技術革新により、大きく進展し現在

ら見れば強いシグナルの近傍に出るノイズピークのの多くの深層学習ツールに標準的に搭載されるようパターンなどはうかがい知る事が出来ないため回避になった。CNN は高等生物の網膜視覚細胞とその。さて、このような場合は困難である、図 1D 参照）

連結を模した形態になっており、入力画像の直前

1

1

13

によって提唱されたニューラルネッ［5］BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

図 2 ノイズ判定用畳み込みニューラルネットワークの模式図に配置された畳み込み層とプーリング層はこれら網され、高い並列度と高速計算が実現された。また、膜視神経のネットワークとよく似た機能を示すこと

nVIDIA 社が次々とリリースする GPU の演算性能ので高い画像認識性能を発揮できる事として理解さ向上により現在も更なる発展を続け、CNN はこれれている。図 2 に本稿で用いられる CNN のネット

ら技術の恩恵をひときわ強く受けている。CNN を

ワーク構成を示す。入力画像に対して左上から 5 ×

含めた深層学習技術の詳細については、多くの著

5 など小さなフィルタ行列によって順に指定された書が出版されているのでそれらを参考にしていただ

活性化関数（式 1）による積和演算しながら徐々にきたい 。特筆すべき点は、CNN が従来の機械学

ずらしていく畳み込み演算を行う：

習法で必要であった特徴量を明示する必要が無い

r ＝φ（w h−b）
＊

［式 1］

ことであり、視覚的に判断していた判別作業をそのまま入力値として学習し再現できる。CNN による

r は出力ベクトルであり活性化関数φにはフィルタ

判別器の設計においては、どの程度のパターンが

行列 wと入力行列 hの積をバイアス行列 bで差し引存在するかをある程度予想し、出力層としてどの程くごく単純な演算である。この演算層を畳み込み層度の次元数を必要とするか、どの程度の判別性能と呼ぶ。通常、畳み込み層はランダムに作成されたを求めるかでネットワーク構造は大きく異なる。ま

多数のフィルタで演算されるため、その演算結果はた、過学習を避け、汎化性を高めるためにも極めてフィルタ数を厚みとした 3 次元データとなる。畳み大量の学習データが必要である。

NMR便利帳込み層のデータを、3 × 3 など特定の範囲から得ら筆者の用意した訓練用データは、真のシグナルれる代表値（通常は最大値）を用いて、さらに下層

データに典型的なノイズのパターンを加味したものの 3 次元マトリックスに畳み込み層同様に徐々にずである。ノイズのパターンとしては、軽水由来のノらしながら演算結果を入力していく。これをプーリ

イズ、強度の強いシグナル付近でよく見られるわング層と呼ぶ。単純な画像認識では、この畳み込ずかな位相のずれ、あるいは裾のようなパターン

み層とプーリング層のセットを数段重ねる事で、十であり、総数で 2,000 個ほど収集した。真のシグナ

分な画像認識性能が得られる。CNN の最終段ではルパターンも同様にそれぞれ 2,000 個用意した。使

2 〜 3 層程度のニューラルネットワークが用いられ用した 3 次元スペクトルデータは児嶋らのグループる。学習初期には各層にランダムに作成されたフィにより測定された HNCO, HNCACB, CBCA（CO）

ルタと重み、バイアスが用意され、教師データに

NH, HNCA, HN（CO）CA である。ピーク検出にはよる入力値が与えられると最終段の出力値との誤3 次元方向差分による頂点検索法を用い、3 次元 2差が発生し、その値に従って誤差伝播法による修次関数補間 によりピーク位置を決定した。検出さ正が行われる。近年の深層学習では確率的勾配降れたスペクトルデータマトリックスより、頂点デー＊、ミニ
下 法（Stochastic Gradient Descent：SGD）
バッチ法、ReLU（Rectified Linear Unit）活性化関
数、ドロップアウト法など多くの方法論の確立により勾配消失問題の解消、高い過学習の耐性が獲得

96

［8］

検出点近傍のグリッド、x, y, z 各軸方向に（ i − 1）（, i ）,（ i ＋ 1）の 3 点の位置強度を使って 2 次関数の逆関数補完を行う方法で inverse quadratic interpolation と呼ば
れる。

＊

97

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

B

D

E

C
日本核磁気共鳴学会

A

NMR 2017 8巻

図 3 実際の入力画像と CNN 単独による判別結果 A ～ C：ノイズ、D：シグナル、E：
ノイズ（実際はシグナルであるが最終的には図４の ZNN によりシグナルとして判定）

図 4 ノイズ判別システムの概略図。FNN ではピークの統計的な強さ、弱さの指、wiggle 型ノイズの特徴量（wiggle）、孤立性（lone）、各軸で数（strong/weak）、側鎖シグナルの特徴量（side-chain）、スペクトル境界との距離の密集性（noisy）（border）を入力とする。ZNN ではスペクトルタイプ（spec-type）も考慮に入れる。

タ周辺を 2 次元データとして横軸 H で 0.4 ppm、縦極めて単純でサイズの小さい単精度積和演算を多軸を C 2.0 ppm あるいは N 4.0 ppm の範囲で切り数並列実行することが、小さな高速キャッシュをも出し、バイリニア補間により 40 × 40 256 階調のグ

つ 2,000 個にも及ぶ CUDA コア

レースケール画像として作成した。その際、データからである。ちなみに学習後のモデルデータ（ネッ

強 度 は 0-127 を negative お よ び 128-255 を positive

トワークの各ノードにおける重みとバイアス）を用の諧調としてスケール後表示した。これらの画像

いれば、CPU 単体でも高速に動作し、2,300 個を対データに対し鏡像反転、回転、符号反転などをさ象とするピークデータの判定処理は僅か数秒で終らに施し、32,000 個のデータ群に拡張した。学習に

了する。

1

13

15

は MicroSoft 社の CNTK 1.7に極めて有利だ［10］を用い、GPU として

CNN により学習されたデータのノイズ判別精度

nVIDIA 社の GTX980 を利用した。深層学習の訓練は偽陽性が約 90 ％、偽陰性が約 98 ％程度であり、に要する計算時間は、GPU 有りで 10 分程度、GPU

特に HNCACB など複雑なスペクトルパターンの場無しで CPU のみ（2-Core 3.0 GHz）では 120 分ほど合、認識精度はさらに下がる傾向にある（図 3A 〜かかるため、GPU 無くして深層学習の開発が容易。これは CNN の画像認識範囲が狭いための必D）ではないことがお分かりいただけよう。このこと然である。著者は、ピークの統計的相対強度、周は、前述の通り CNN が ReLU 関数の微分形も含め囲のシグナルの混み具合など CNN で検知出来な［9］

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

い情報を処理する補助的な 3 層のニューラルネッ

う。ただし、本システムで恩恵が受けられるスペク

トワーク（入力 8 ユニット、隠れ層 6 ユニット、出トルデータは質的に良いサンプルより得られたもの

力 1 ユニット）として［FNN］を作成した。CNN おに限られ、ノイズが多い難度の高いデータへの適用

よび FNN の処理する情報を総合的に判定させるは今後の課題である。本稿で述べた自動解析プロ

ため最終段にもう一つの 3 層ニューラルネットワー

グラムの今後の進展は、見えないシグナルが見える

ク（入力 10 ユニット、隠れ層 8 ユニット、出力 1 ユ

ような技術ではなく、純粋に作業効率を向上させる

ニット）［ZNN］を作成追加して全システムを完成さものであると考えるべきである。現在、CNN によ。このシステムにより HNCACB 由来のせた（図 4）るノイズ判定に関する論文を投稿準備中であり、ノピークの判定を正しく実行出来るようになった（図イズ判別機能を搭載した解析プログラム MagRO を。このノイズ判定システムと筆者により独自に
3E）

近日リリースする予定である。

開発された焼きなまし法による連鎖帰属プログラム

Anneal_Robot との組み合わせで、従来は 30 〜 60
分ほどかかっていた半自動的連鎖帰属が、4-CPU
でおよそ 60 秒程度の短時間で完了できることを昨
年度の NMR 討論会において示した

。なお、本

［11］

稿で解説しているバージョンでは、2 次元スペクト
ル、3D N-edited NOESY などより多くのピークが15重なり合うスペクトルにおいては、十分な性能が発揮できなかった。これは訓練データに多数のシグナ
ルが重なり合うようなパターンが不足している事、軽水由来のノイズや Anti-phase の消え残りノイズを含めていることによる副作用の一つであり、正負が多く混在する DQF-COSY などでは全てのピークをノイズと判定してしまうだろう（HSQC の例として。また J- 結合により分裂したピークに対しは図 1D）てもシグナルとしての認識性能は弱いため、今後より多種多様な学習データによる追加訓練で認識性能を向上させる事が必要と思われる。一方、ピーク
リストには深層学習により信頼性パラメータが付加されるため、この情報を利用した将来的な自動解析
プログラムとの連携は興味深いところである。
本稿で強調したいのは、この深層学習を応用することで、ノイズの典型的なイメージを計算機に習得させる事が可能であったことを示した点であり、人間の視覚と直感に近い機能をノイズ判別に応用出来た事にある。したがって視覚的かつ経験的な操作によって実行されていた解析作業を、近い将来計算機に実行させることが出来ると期待できるだろ

NMR便利帳

小林 直宏（こばやし・なおひろ）

1996 年

筑波大学大学院応用生物化学系 博士号取得

1998 年

学術振興会 海外特別研究員 Cambridge 大学 Fersht グループ

2001 年

理化学研究所 研究員

2009 年 大阪大学蛋白質研究所 特任研究員
2016 年

98

References
1） Schmidt, E. and Güntert, P.（2012）A new algorithm
for reliable and general NMR resonance assignment. J. Am. Chem. Soc. 134, 12817-12829.
2） Serrano, P., Pedrini, B., Mohanty, B., Geralt, M.,
Herrmann, T., Wüthrich, K.（2012）The J-UNIO
protocol for automated protein structure determination by NMR in solution. J. Biomol. NMR 53, 341354.
3） Le QV el al.,（2012）Building High-level Features
Using Large Scale Unsuper vised Learning. Proceedings of the 29th International Conference on
Machine Learning, Edinburgh, Scotland.
4） Silver D. et al.,（2016）Mastering the game of Gowith deep neural networks and tree search. Nature
529, 484-489.
5） Fukushima, K. Neocognitron: A self-organizing
neural network model for a mechanism of patternrecognition unaffected by shift in position.（1980）
Biol. Cybern. 36,193-202.
6） LeCun, Y., Bottou, L., Bengio, Y., and Haf fner,
P.（1998）Gradient-based learning applied to document recognition. Proceedings of the IEEE , 86,
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7） K r iz hevsk y, A., Sutskever, I., and Hint on,
G.E.（2012）ImageNet classification with deep convolutional neural networks. Advances in Neural
Information Processing Systems 25. Montré-al,Canada.
8） 岡谷貴之（2015）深層学習、講談社 .
9） Agarwal, A. et al.,（2014）An Introduction to Computational Networks and the Computational Network Toolkit, https://cntk.codeplex.com/
10） nVIDIA, GPU コンピューティングについて , http://
www.nvidia.co.jp/object/cuda-parallel-computingplatform-jp.html
11） 小林直宏、服部良一、永田崇、児嶋長次郎、藤原敏
道（2016）深層学習に支援された NMR シグナルの自動解析、第 55 回 NMR 討論会要旨集、94-95.

大阪大学蛋白質研究所 特任准教授 現職

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

99

NMR 研究室便り

石川県立大学生物資源環境学部食品科学科

小椋 賢治

1. 石川県立大学

大学のメリットを活かして少人数教育やきめ細かな

石川県立大学は、1971 年に設置された石川県農実験・実習指導に取り組んでいます。研究面では、

業短期大学を前身として、2005 年に開学した 4 年

教員ひとりずつ独立した研究室を主宰しており、毎制の公立大学です。学部として生物資源環境学部、

年、研究室あたり 3 名程度の卒年次学生を受け入れ研究所として生物資源工学研究所、附属施設とし。卒業後、大学院に進学する割合はています（図 1）て農場などを有する、いわゆる農学系の単科大学

10 〜 15％程度です。

です。生物資源環境学部は、生産科学科、環境科
学科、食品科学科の 3 学科より構成されていて、大2. 研究テーマ

学全体での入学定員は 120 名と、とても小規模な大2014 年 4 月に本学の食品科学科に教授として着学です。入学者のうち 40％は北陸三県（富山、石任して以来、3 年半が経ちました。前職（北海道大、地域密着型の大川、福井）の出身で（2017 年度）

学薬学部および大学院先端生命科学研究院）での学といえると思います。

研究テーマは、細胞内シグナル伝達タンパク質の石川県立大学は金沢市の隣の野々市市にありま溶液 NMR による立体構造およびダイナミクスの解す。野々市市は人口 5 万人の小さな自治体ですが、析と医薬品開発への応用、でした。縁あって薬学

東洋経済新報社が全国の市を対象に調査・発表しから農学への異動となったので、私のようなタンパている「住みよさランキング」ではランキング上位

ク質の構造屋が食品科学の分野に貢献できることの常連で、毎年 2 位（2013 年）から 5 位（2017 年）のを考えてみたのですが、実はそれほど多くありませあたりにランク付けされています。たしかに、野々ん（笑）
。タンパク質を食品として考えた場合、経市に住んでいると、家賃は安い、買い物は便利、

口摂取後はアミノ酸に分解されて吸収されてしまう

医療機関が多い、スターバックスもある、と暮らし

ので、立体構造はあまり関係がないのです。しかやすいところだなあ、と思います。市内には大学がし、食品加工用酵素や食品添加物としてのタンパ

2 つあって（もうひとつは金沢工業大学です）若い

ク質は立体構造と機能の関係を議論することができひとが多いためか、なんとなく街全体に活気があるます。これらのテーマについては、まだ研究の初期

ような気がします。石川県立大学は田園地帯のなか段階にあるので、後日、別の機会にてご報告できれにぽつんと建っていて交通の便はあまりよくないでば、と思います。

すが、静かでアットホームな雰囲気のなか、小規模

もうひとつ、こちらに来てから始めた研究テーマ
は、NMR による食品メタボロミクスです。食品はさまざまな有機化合物の混合物なので、試料を精製せずにそのまま測定試料として用いるメタボロミ
クスの良い研究対象です。メタボロミクス分野では、LC-MS を使用した解析が主流ですが、NMR メ
タボロミクスでは、測定前処理が簡単である、非破壊的である、定量性がある、二次元 NMR 法により成分の同定が可能である、といった NMR の特徴を活かしたアプローチが可能です。

NMR を用いた食品メタボロミクスの分野では既図 1 生体分子機能学研究室のメンバーにワイン、ジュース、日本酒、コーヒーなど数多く

受領日：2017 年 8 月 30 日 受理日：2017 年 9 月 6 日 編集委員：橋本 康博

NMR 2017 8巻

k-ogura@ishikawa-pu.ac.jp

日本核磁気共鳴学会

石川県立大学 食品科学科 生体分子機能学研究室

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

図 2 石川県輪島市 A 商店が製造したいしるの 1H-NMR スペクトル444の研究がなされています。そこで、地域密着型大地域特産食品のブランド保護および品質管理に役

学の特性にマッチする研究対象として、現在、魚立つものと期待されます。

醤の NMR メタボロミクスに取り組んでいます。魚醤は、魚を塩とともに樽に漬け込み、数ヶ月の発酵

3. NMR 装置

作用により生じる液体状の調味料です。主にアジア

本 学 には 溶 液 400 MHz NMR 装 置（ 図 3、日本

で生産されており、東南アジアのナンプラー、ヌク

電子 ECX -400P 型）が一台あります。プローブは

4

4

4

4

4

マム、秋田県のしょっつるが有名です。石川県でも
44

4

チューナブルの 5φ型と 10φ型です。5φプローブ

魚醤が生産されており、いしると呼ばれています。

は通常の溶液高分解能スペクトルの測定に、10φ

いしるの 400 MHz H-NMR スペクトル（図 2）を測

プローブは食品（米や麺など）をそのまま試料管に定すると、意外に信号の分離がよく、アミノ酸、有入れて緩和時間や拡散係数の測定に使用していま

機酸が豊富に含まれていることがわかります。石川す。薬学部や理学部とは違って有機合成の研究室

県、秋田県、北海道、および東南アジアの魚醤製が無いのでマシンタイムには余裕があります。定量品を約 40 種収集して NMR スペクトルを測定し、主的な実験をするにはじっくり腰を据えて測定する必成分解析したところ、製品を特徴づける成分を数

要があるのでいい環境だと思います。

1

種類、同定することができました。これらの成分

高感度・高分解能のスペクトル、あるいは、タンの含有量は、原料魚種や製造方法、さらに、発酵

パク質立体構造解析のための多次元スペクトルの過程における菌叢を反映していることがわかりまし

測定は、北陸先端科学技術大学院大学（大木進野

た。

教授）の 800 MHz NMR 装置を使用させていただい国際食品規格を制定するコーデックス委員会にています。また、北海道大学の先端 NMR ファシリ

おいて魚醤中のヒスタミン濃度は 400 ppm 未満が望ティ（出村誠教授）に測定を依頼することもありまましいとの勧告が制定されています。ヒスタミンはアレルギー疾患の原因物質とされていますが、ヒスチジンを前駆体として、魚醤の発酵過程で生成されることがあります。魚醤に含まれるヒスタミンのNMR研究室便り

濃度を NMR で定量したところ、さいわいなことに、市販されている魚醤製品でヒスタミン濃度がコー
デックス規格を超えたものはありませんでした。ただし、魚醤中のヒスタミン濃度は製品ごとに大きなばらつきがあることから、今後は、製造過程におけるヒスタミン産生微生物の制御方法を考案する必要があります。
以上のように、魚醤の NMR メタボロミクスは、

100

図 3 石川県立大学の 400 MHz NMR 装置（日本電子 ECX-400P 型）

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

101

す。本学のような小規模大学では高磁場 NMR 装置
日本核磁気共鳴学会を維持・運営することは困難なので、近隣の共同研究者の存在や NMR 装置共用化の仕組みはたいへん
ありがたいと感じています。
最近になって、2016 年度で本学を定年退職された石田信昭教授から小型 MRI 装置（図 4）を譲っていただきました。永久磁石を用いているので静磁場1ローブ径が 110 mm と大きいので、肉類、果実、野菜などをそのままのかたちで断層画像を測定することができます。この装置を使って、今後は食品のMRI 研究にも取り組んでいきたいと考えています。

図 4 石川県立大学の小型 MRI 装置（永久磁石 0.2 T ）4. 教育についてするようになって、一方通行の講義形式では、居眠

大学教員の仕事は研究と教育が二本柱である、り、スマホいじり、私語、遅刻などを防止できないとよく言われます。この学会誌の主な読者層はバリことを痛感しました。そこで、授業中に学生の活動

バリの研究者のようですので、ふだんは研究がメイを盛り込むように授業デザインを見直し、学生にグンで教育はサブみたいなかんじで毎日お仕事されてループディスカッションやプレゼンテーションをしいるのだと思います。一方、大学教育はいま大きくてもらい、学生自身が考え、議論する時間を設けま変わりつつあって、知識伝達型の授業から知識活した。その結果、前述のような問題点が解消され、用型の授業への転換、さらに、教える側の視点で授業アンケートでもよいレスポンスが得られていまはなく学ぶ側の視点に立った授業デザインの必要性

すし、全体の成績評価も向上しています。

が議論されています。いわゆるアクティブラーニン

この学会誌の読者の大多数は研究者で、かつ、グといわれる授業形態で、わたしたち大学教員は理科系教員でもあると思います。授業デザインで試その流れと無関係ではいられません。恥ずかしなが行錯誤しているかた、悩んでいるかた、問題点を共ら前職では教育にはまったく関心が無かったのです

有して、よりよい授業デザインを一緒に考えてみまが、本学に着任してから週に数コマの授業を担当

せんか？

小椋 賢治（おぐら・けんじ）

1990 年北海道大学大学院理学研究科高分子学専攻修士課程修了
日本電子株式会社、東京都臨床医学総合研究所研究員、北海道大学薬学部助手、北海道大学先端生命科学研究院特任准教授を経て2014 年 4 月より石川県立大学食品科学科教授
1999 年理学博士

NMR 2017 8巻

は 0.2 T（ H 共鳴周波数 8.9 MHz）と弱いですが、プBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

NMR 研究室便り

九州大学先導物質化学研究所 物質機能評価センター
九州大学先導物質化学研究所

出田 圭子
keiko@cm.kyushu-u.ac.jp

はじめにNMR研究室便り
102

できるよう努めています。

物質機能評価センターは先導物質化学研究所（以私の担当はもちろん NMR ですが、ESR や DSC、下、先導研）の中に置かれた分析を専門とした組織

CD なども担当しています。ESR が導入された際にです。先導研は国立大学附置研究所の１つで、機は NMR と似ているからと当然のように面倒を見る

能物質科学研究所と有機化学基礎研究センターがことになりましたが、NMR とは勝手が違い途方に統合され、2003 年に発足しました。それとほぼ同

くれました。

時に所内の大型分析機器と技術系職員を集約した

日常の仕事は装置の管理や操作方法の指導のほ研究支援センター（2010 年に物質機能評価センター

か、専門性が求められる場合はそれぞれの研究をと改名）も誕生しました。

お手伝いすることもあります。また、九大全体の共先導研は統合前の 2 組織がもともと異なるキャン

同利用施設である中央分析センターや、分子科学パスにあったため、現在も筑紫キャンパスと新キャ研究所が中心となっている大学連携研究設備ネット

ンパスである伊都キャンパスの 2 つに分かれていまワークを通じて送られてくる学内外からの試料の受す。物質機能評価センターに関しても少し前に伊都託分析も年々増えています。ここまでは専門的な業分室が設置されましたが、今回は筑紫キャンパスの務ですが、大学の技術職員の仕事はそれだけではみ紹介させていただきます。

ありません。

センターでは共通機器のすべてを外部に公開す

分析にまつわる仕事も利用状況の集計、新規装るという所の方針のもとに機器の公開を行い、少し置の料金設定、分析相談から試料のやりとり、請ずつ学内外からの利用を増やしながらこれまでの十

求手続き等、いろいろと複雑ですが、センターに数年過ごしてきました。当初 3 名であった技術系職

は事務職員・秘書という事務を専門に行ってくださ

員は装置や業務が増えるにしたがって増員され、現る方はいないため、分析等の合間に行います。分

在は 6 名です。各種分析のほか、所内の環境安全

析以外の仕事はネットワーク・サーバーやセキュ

管理やネットワーク型事業に関する業務を行っていリティー関連、最近増えたテレビ会議や Web 配信、ます。せっかくこのような機会をいただきましたの

エアコンや省エネ電灯・電子錠など職場の環境整で、800 MHz 固体 NMR を紹介する前に、センター

備、危険物の管理、ボンベ管理ドラフト点検などの技術職員の業務を紹介させていただければと思い

安全衛生関連、所のパンフレットや要覧作成などいます。

ろいろこなします。

研究所の中の技術・分析部門として

NMR の技術職員として所有している主な装置は、NMR、ESR、単結晶

NMR に直接かかわっているのは 2 名ですが、5及び粉末 X 線構造解析装置、電子顕微鏡、各種質

台の NMR の液体窒素、液体ヘリウム供給は職員全量分析計等です。小さいものを含めると 20 台を超員の仕事となっており、NMR 担当としては助かっえるので、一人 5 台くらい面倒を見るのは普通でています。

す。随時装置の更新等があるので、新たに導入す

先導研筑紫キャンパスは研究室数が 10 くらいとる装置についてはもちろん、装置のバージョンアッ

多くはありませんが、基礎化学から実用材料まで幅

プやアタッチメント追加を検討するため、なかな

広く、面白い試料には事欠きません。また、小規模か難しいのですが、各研究室の研究内容を把握し、なだけに、多くの先生と、ふと廊下ですれ違った際装置の新機能や新しい測定法・分析法などを紹介に「今度こんな測定がしたいけど、できるかな？」

受領日：2017 年 8 月 24 日 受理日：2017 年 9 月 14 日 編集委員：金橋 康二

103

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

定する機会を得て、固体 NMR の需要を強く感じまのはお互いにとても良いと思いますが、2001 年にした。

着任した時はごく基本的な測定しか知らなかったので試練の連続で、 C スペクトルの面積を取りたい、
13

ECA800 との出会い
先導研には共通の NMR 以外に、固体無機物質を活性化エネルギーを求めてほしい等々の要望は途

主なターゲットとしている JEOL-ECA800 がありま切れることがなく、学生さんに指導したり、測定を。尹聖昊 先生、宮脇仁 先生の研究室所属
す（図 1）

請け負ったりするのですが、自力では分からない事ですが、NMR 専門の技術職員ということで、多くも多く、周りにいる先生を捕まえて尋ねたり、メーの分析に関わらせてもらっています。この装置の仕カーさんに連絡したりして細々と経験値を増やして様を考え始めたのは ECA400 導入の 3 〜 4 年後でしいきました。これらの溶液測定は LA600（2004 年た。その当時の私の仕事は、先生方の要望を仕様に分光計を ECA600 に更新）で行っており、この時に反映させる作業が主でしたが、直前に行った固代は FG プローブにはオートチューンがついておら

体測定の経験が生かされ、また 400 MHz では諦めず、手作業にてチューニングやプローブ交換をする

ざるを得なかった測定がもうすぐできるという期待必要があり、また多核の要望が多いため、その後の感もあり、貴重で楽しい作業でした。多くの方に相固体測定を覚えるのに役立ったと思います。現在の談に乗って頂いたことも、その後の NMR にまつわ

ECA600 には DOSY 測定のために 30A の磁場勾配

るすべてのことに役立っています。

電源を備えていますし、低周波核用のプローブも備

800 MHz では無機材料の固体 NMR を測定する

えており、年数は経っていますが今もよく働く装置

ために、複数のプローブを備えています。プローです。

ブはすべて 3.2 mm 径で、 H と多 核の CPMAS プ
1

ECA400 は開所とほぼ同時に導入された、先導ローブのほか、1 チャンネルで感度の良い 2 本の「すべての大型装置は公研初の固体 NMR であり、

MQMAS プローブ（通常の周波数範囲と低周波核開」という方針に最も苦労した装置の 1 つです。研用）があります。また Al- Si に設定された XY プ

究所で初めての固体 NMR ということで経験者ほぼローブと、バックグラウンドフリーの F プローブ

ゼロ、初心者の自分がメーカーさんとやりとりしな

は微量の F 測定が可能ですし、STMAS プローブ

がら、手探りの状態で他人の試料を測定するといは感度の良い Al, Na の STMAS 測定が可能です。

う状況のため綱渡り的なことも多かったです。こ

これらのプローブは装置の木枠の中に棚を作ってもの時のプローブは 6 mm の CPMAS probe のみで、

らい、図 2 のように保管してあります。

27

29

19

19

27

23

MQMAS 等のパワーが必要な測定は難しい仕様でしたが、それでも測定すべき試料が次々と送られてSTMAS 測定の準備

きましたし、当初予想していた C CPMAS だけで

STMAS は MQMAS と同様二次の核四極子総合

なく、 Li, B, H, P, Si, Al, V などの多核を測作用を除去する測定法で MQMAS より感度が良い

13

7

11

2

31

29

27

51

図 1 ECA800 の外観

図 2 プローブの収納の様子

NMR 2017 8巻

Si -DEPT を測ってほしい、Saturation transfer で29

日本核磁気共鳴学会と言われる距離感です。気軽に問い合わせられる

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

測定法です。精密なマジックアングルが要求されるため、調整後に試料管の交換ができません。そのため仕切りのある専用の試料管を使います。ボ
トムキャップ側に少量の調整用試料を、スピニング
キャップ側に測定試料を入れ、一度調整したら測定が終わるまでプローブは降ろしません。測定試
料とマジックアングル用の試料を同時に試料管に入れるので、 Al の測定を行う際には Na でマジッ
27

23

クアングル調整を行います。調整と言ってもこの作
業は STMAS 測定そのものなので、角度を変えるごとに数分の測定を行い、スペクトルを確認するという苦行です。所有する STMAS プローブで Br も測79定できるとわかってからは、まず KBr と Na 2SO4 の混合試料を用意して、KBr で調整後に Na 2 SO4 の

STMAS を行うようにしています。マジックアング
ルの正確さがどの程度 STMAS スペクトルに影響を与えるのかを見てもらうため、マジックアングルの
精密調整前後の標準試料 Na 2 SO4 の STMAS スペク
トルを図 3 に示します。このスペクトルを得た時の達成感は大変大きく、ここまで来たら Al を測定す27

るだけです。

おわりに以上、先導研の物質機能評価センターとそこか
ら少しはみ出した 800 MHz の測定風景を一部紹介させていただきました。
最後に測定指導や修理メンテナンスを行ってく

図 3 Na 2SO4 のマジックアングル調整前（上）、調整後23（下）の Na - STMAS スペクトルださるメーカーの皆さま、日頃からサポートしてく
ださっている NMR 関係者の皆さまに感謝いたします。

NMR研究室便り
104

出田 圭子（いでた・けいこ）

H6 年 3 月

九州大学工学部応用化学科 卒業

H6 年 4 月

九州工業大学情報工学部生物化学システム工学科 技官

H13 年 10 月 九州大学機能物質科学研究所 技官
H15 年 4 月

改組により 九州大学先導物質化学研究所 技術職員

105

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

NMR 研究室便り
日本核磁気共鳴学会

株式会社三井化学分析センター 構造解析研究部
株式会社三井化学分析センター構造解析研究部

佐藤 浩子

株式会社三井化学分析センターは、1999 年に三井化学株式会社の試験・分析部門を機能分社して以外の新旧様々な手法を組み合わせて総合的に解析するケースもあります。

設立された受託分析会社です。三井化学の樹脂製

近年、ポリマー材料は高機能化が進み、より複雑

品、機能製品の研究開発や品質管理における長年

な、あるいは、より微細な構造制御がなされるようの分析業務を通じて、高い分析技術とともに、樹になってきました。それに伴い NMR 分析について

脂製品、機能製品についての豊富な知見を蓄積しも、従来の評価法だけでは通用しなくなりつつあり、てきました。これらの技術と知見は三井化学グルー

より高度な評価法の開発が望まれています。こうし

プ外のお客様にも広くお役に立てるものと考え、積た背景から、弊社では NMR による新しい評価法の極的に事業展開を進めております。現在では様々開発に取り組んでおり、以下にその例を紹介します。

なお客様の製品開発やトラブル対応などのニーズては、三井化学の各工場地区（千葉県市原市・愛① 13C の定量性と感度の両立〜改良 Q-POMMIE（Quantitative Phase

知県名古屋市・大阪府高石市・山口県岩国市・福Oscillations to Maximize Editing）法 2, 3 〜

岡県大牟田市）と研究地区（千葉県袖ヶ浦市 / 茂原

ポリオレフィン の 一 次 構 造 解 析 に お い て C市）にラボを構え、NMR は大阪、岩国、大牟田、

NMR は極めて有効な手法です。ここで評価され袖ヶ浦、茂原の各所に配備されています。なかでるモノマー連鎖分布や立体規則性などの構造パラも構造解析研究部が本拠地とする袖ヶ浦では、溶メータは、数ある分析手法のうち C NMR でしか液 NMR と固体 NMR を用いて、温度可変測定、多求められないものが少なくありません。これらのパ

核測定を含む種々の NMR 測定・解析を実施しておラメータは材料の物性を決定づける因子として重要り、連日多くの分析試料が持ち込まれています。

なものであり、時に非常に厳密な精度を求められるにお応えし、信頼を頂いております。分析拠点とし

［

］

13

13

こともあります。
依頼試料の多くは、ポリオレフィン、ポリエステ

近年、世の中では NMR による定量分析；qNMR

ル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタンなどの（quantitative NMR）が注目されており、分析条件

ポリマー材料です。ポリマー材料は身の回りの様々を最適化することで NMR でも高精度の定量分析がなものに使われており、それぞれの用途において可能であると考えられるようになってきました。し必要な機能を発揮することが要求されます。ポリ

かしそれは感度に優れる H NMR や F NMR でのマー開発の現場では、望む機能を発現させるため議論であり、低感度な C NMR は高精度の定量分の物性制御とそのための樹脂設計が行われており、析には適さないと言われているようです。確かに、

NMR は各種ポリマー材料のモノマー組成、連鎖分

NOE による感度増強を狙った通常の 13C NMR 測定

布、立体規則性、末端構造といった一次構造評価（完全 H デカップリング；CPD 法）では NOE の効を通して、ポリマー開発に重要な役割を果たしていき方が官能基ごとに異なり定量性に欠けますし、定ます。また、そのままでは溶媒に溶けない耐溶剤性量モードとも呼ばれるインバースゲートデカップリ

ポリマーや、様々な成分を含有するコンパウンド製ングによる C NMR 測定（IGD 法）は、感度増強分品の場合は、加水分解や溶媒分別等の前処理を加を補うために非常に長い測定時間を必要とするため

えたうえで NMR 分析を行い、一次構造情報を取得

現実的ではありません。現状、ポリオレフィンの定

しています。熱分解 GC-MS や高温 GPC、グラファ

量分析においては、CPD 法で測定し、NOE によるなど、NMR

感度増強が同等のシグナルを選択して解析に用いイトカーボンカラムを用いた高温 LC

［1］

1

19

13

1

13

受領日：2017 年 8 月 18 日 受理日：2017 年 9 月 8 日 編集委員：山本 泰彦

NMR 2017 8巻

Hiroko.Sato@mitsuichemicals.com

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

る、といったことが広く行われています。しかし、（2 1JCH）＝ 4 ms に固定し、ϕを変化させ、各スピン精度に対する要求が厳密化する中、また、様々な系のシグナル感度増強が理論どおりの挙動を示す

新規ポリマーが次々に開発される中、定量性に欠けか確認したところ、実測値は理論値より低い結果

る CPD 法でその都度適切なシグナルを選択する従、計算で得られた 6 通りの組み合わせとなり（図 2）

来の方法では限界があります。IGD 法の定量性とは実際には適用できないことが分かりました。しかCPD 法の感度増強を両立できないかと考え、目をの時に各スピン系の実測シグナル感
しϕが 122.76°

付けたのがスピン結合を介した分極移動です。

度が等しく約 2 倍に増強されていましたので、この分極移動による感度増強はスピン系（CH, CH2,

）でポリオレフィンの条件（Δ＝ 4 ms、ϕ＝ 122.76 °CH3 ）とカップリング 定 数（ JCH）に 依 存します。

Q-POMMIE 測定を実施することとしました。このJiang ら測定を以後、改良 Q-POMMIE 法と呼びます。

1が 提案した Q-POMMIE 法は、2 種の測［4］図 3 にポリ 4 - メチルペンテン-1（P4MP）の各種（2 JCH）とリードパルスの位
定パラメータ（Δ＝ 1/1相ϕ）を適切に組み合わせることで、 JCH 範囲 90 〜

13

230 Hz のスピン系について、シグナル感度を等しIGD 法、（c）CPD 法）を示しました。積算回数は

く約 2 倍に増強することが可能です。彼らにより最全て同じで、主鎖 CH2 のシグナル強度を 1.00 で規適化された測定パラメータの組み合わせはΔ 8 通格化し基準値としています。定量性に着目すると、り×ϕ 6 通りの 48 通りにもおよびますが、ポリオレ

IGD 法および改良 Q-POMMIE 法は全てのシグナル

フィンの場合 JCH はいずれのスピン系も 125 Hz 近が基準値から 4％以内のずれに収まっており、どの傍ですので、 JCH 範囲を 125 Hz 近傍に限定して最シグナルも解析に用いることができますが、CPD

適化することにより、測定パラメータの組み合わ法では NOE の大きい側鎖 CH3 で 27％ものずれが生

せはΔ 1 通り×ϕ 6 通りに大幅に簡略化され、さらじており、このシグナルを用いるのは適当ではありにシグナル感度は計算上は約 3 倍に増強できるとません。一方感度に着目すると、IGD 法のノイズ。そこで実際にΔ＝ 1/
予想されました（表 1、図 1）

レベルが最も高く、CPD 法、改良 Q-POMMIE 法

1

1

1

C NMR スペクトル（（a）改良 Q-POMMIE 法、（b）

表 1 Q-POMMIE 法の測定パラメータの組み合わせ
1による JCH 範囲 90-230 Hz で最適化した組み合わせ、（b） JCH 範囲を 125 Hz 近傍に限定して（a）Jiang ら最適化した組み合わせ。
［4］

NMR研究室便り
1061

図 1 Q-POMMIE 法によるシグナル感度増強計算値
1（実線は JCH 範囲を 125 Hz 近傍に限定して最適化した
Δ＝ 4 ms の組み合わせ（表 1（b））を用いた場合、破線はJiang ら［4］による組み合わせ（表 1（a））を用いた場合）
Δ＝ 4 ms の組み合わせを用いた場合は、125Hz 近傍の各スピ
ン系のシグナル感度を等しく約 3 倍に増強できると予想される。

図 2 Δ＝ 4 ms に固定した時のϕと各スピン系のシグ
ナル感度増強（実線が理論値、点線が実測値）
実測値が理論通りの挙動を示していない。一方で、ϕが122.76 °の時に各スピン系の実測シグナル感度が等しく約2 倍に増強されている。

107

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

るのが定石です。そのような中、近年では混合物の果から、改良 Q-POMMIE 法は IGD 法に匹敵する構造解析に DOSY 法が適用されることが多くなっ

定量性と CPD 法を上回る感度を両立できているとてきました

言えます。ポリオレフィンの C NMR 測定に改良

る混合試料について、各分子種の自己拡散係数の

Q-POMMIE 法を適用すれば、IGD 法よりも短時間差を利用してスペクトルを分離することができるた

で全てのシグナルを用いた定量的な構造解析が可

め、分取操作等の煩雑な前処理が不要という大き能になると期待されます。

なメリットがあります。ただし、これまでの報告の13。DOSY 法は、複数の分子種から成［6, 7］② ポリオレフィンを混合物のままで構造解析［ ］〜高温 13C-DOSY 法〜 5

リマーについてのみであり、ポリエチレン等のポリオレフィンに適用した例は殆どありませんでした。

NMR は混合物の構造解析が苦手ですので、まず理由は、ポリオレフィンの NMR 測定温度が 120 ℃

精製して目的化合物を単離したうえで NMR 測定す

前後とかなり高温であるためです。高温下では試料溶液中に発生する対流の影響で正確なデータが得られにくいため、高温測定が必須のポリオレフィ
ン系試料への DOSY 法適用は難しいという現状がありました。また、脂肪族炭化水素のみで構成されるポリオレフィンは、 H NMR から得られる情報が
1

あまりに少ないため C NMR が効果的ですが、 C
1313

観測の DOSY 測定には、「13C の検出感度が低い」、「実験に必要な PFG（Pulse Field Gradient）強度がH よりもかなり大きく装置のハード的な制限があ

1る」、等の問題があり、やはりポリオレフィンへの適用は困難と考えられてきました。
これらの問題を解 決 するため、我々は、 H の1

磁 化 移 動 に より C 観 測 の で き る INEPT-DOSY13

図 3 P4MP の各種 13C NMR スペクトル（（a）改良 QPOMMIE 法、（b）IGD 法、（c）CPD 法）
測定装置は JEOL ECA500（124.50 MHz）
、フリップ角 90°、
繰り返し時間 20 秒、積算回数 1536 回。主鎖 CH2 のシグナ
ル強度を 1.00 に規格化して各シグナル強度を表示した。

法と、対流の影響を低減する効果をもつ Double

STimulated-Echo（DSTE）法を組み合わせたパル
スシーケンス；DSTE-INEPT を作成しました。これにより、 C シグナルを高感度で検出でき、 H の拡
131

図 4 （a）PE と PP から成る混合試料の高温（120℃）DOSY スペクトル、（b）ピーク A の 1D スライス、（c）ピーク Bの 1D スライス
DOSY スペクトルにおいて拡散係数の異なる 2 つのピーク（A および B）が観測された。各ピークの 1D スライスより、成分 A はランダム PP であり、成分 B は LLDPE であった。1D スライスに構造式と帰属を付記した。

NMR 2017 8巻

多くは低分子化合物や室温で測定可能な一部のポ

日本核磁気共鳴学会の順にノイズレベルが低下しています。これらの結BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

散条件（すなわち小さな PFG）で高温 13C-DOSY 測案し、超高磁場装置（900 MHz）に適用することに定が可能となりました。なお、DOSY のデータ処理

より、より選択性の高い、高感度な測定が実現しアルゴリズムは様々なものが提案されていますが、ました

分子量分布を持つ試料に対して有効と言われる最ようになり、新しいポリマー材料の開発や、既存ポ

大エントロピー法（MEM）が、我々の検討においてリマーの品質改良、用途開発などに役立つ方法とも合理的な結果を与えていると考えられました。

して、各方面よりご注目頂いております。これから。種々の末端基、部分構造が特定できる［8, 9］

図 4（a）にポリエチレン（PE）とポリプロピレン

も日々進化するポリマー開発の現場を支えるべく、（PP）から成る混合試料を 120 ℃で測定した DOSY

我々も分析法を日々改良して進化させ、分析会社とスペクトルを示します。縦軸（拡散係数）を見ると、いう立場から社会の発展に広く貢献していきたいと拡散係数の異なる２つのピークが見られ（下方の考えています。

ピークは途中で途切れていますが）、概ね 2 成分に、分離しています。各成分の 1D スライス（図 4（b））のシグナルパターンより、PP 成分は少量のエ（c）
チレンをコモノマーとして含むランダム PP、一方、PE 成分はオクテンをコモノマーとする直鎖状低密度 PE（LLDPE）であることが分かりました。
この事例から、高温 C-DOSY 測定によりポリオ
13

レフィン混合物の各成分のコモノマー分析や連鎖構
造解析（いずれも定性）が可能であることがお分かり頂けるかと思います。今後は定性のみならず定量も目指し、さらに検討を進めたいと考えております。
以上、弊社が近年取り組んでいる、NMR による新しいポリマー評価法検討の一部を紹介いたしました。ここでは社内で実施したポリオレフィン材料の話に偏ってしまいましたが、他にも、文部科学
省「先端研究施設共用・プラットフォーム形成事業」の課題
NMR 共用プラットフォーム（平成 27 年度）として、理化学研究所様と共同で市販のポリエス
テル、ポリアミド等の末端基および微量構造の測定法開発にも取り組んでいます。末端基などの極めて微小なシグナルは、通常の測定ではポリマーの繰り返し構造や溶媒に由来する巨大なシグナルに妨害されてしまい、 H NMR であっても観測が困難な場
1

合が多いですが、複数の周波数成分を持ち個々の励起範囲が数十 Hz と狭い特殊なパルスを用いて複数のシグナルを選択消去する Multiple-WET（water［1］ 山之上 巧 (2017) 樹脂材料の総合的な分析・評価
技術と組成分布解析法の目覚ましい進化 . 工業材料
65, 31-36.
［2］ 茂呂 ふみか , 佐藤 浩子 , 恩田 光彦 (2014) QPOMMIE 法によるポリオレフィンの溶液 13C NMR
スペクトルの定量性 . 第 63 回高分子討論会予稿集 .
［3］ Moro, F., Sato, H. and Onda, M. (2014) Quantitativeevaluation of 13C NMR peak intensity for polyolefin
solution. 5th International Symposium on Polyolefin
Characterization.
［4］ Jiang, B., Xiao, N., Liu, H., Zhou, Z., Mao, X. andLiu, M. (2008) Optimized Quantitative DEPT and
Quantitative POMMIE Experiments for 13C NMR.
Anal. Chem. 80, 8293-8298.
［5］ Hiroike, K., Sato, H. and Onda, M. (2015) Spectral
separation of mixtures of polymers by dif fusionordered spectroscopy (DOSY) at high temperature.
World Polyolefin Congress 2015.
［6］ Socha, A., Kagan, G., Li, W., Hopson, R., Sello, J. andWilliard, P. (2010) Diffusion Coefficient-Formula
Weight Correlation Analysis via Diffusion-Ordered
Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (DOSY
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Diffusion-Ordered Spectroscopy (DOSY) Nuclear
Magnetic Resonance (NMR) as a Powerful Toolfor the Analysis of Hydrocarbon Mixtures and Asphaltenes. Energy Fuels, 22, 2604-2610.
［8］ Tanaka, K., Oouchi, M., Hayashi, F., Maeda, H.
and Waki, H. (2016) Structural Analysis of the
End-groups and Substr uctures of Commercial
Poly(ethylene terephthalate) by Multiple-WET
1
H/13C NMR. Macromolecules, 49, 5750-5754.
［9］ 大内 宗城 , 田中 紀美子 (2017) ポリマーの微細構造を正確に解析！. 化学 72, 19-24.

suppression enhanced through T1 effects）法を考
NMR研究室便り
108

佐藤 浩子（さとう・ひろこ）

2000 年 静岡大学大学院理工学研究科博士前期課程化学専攻修了
2000 年 株式会社三井化学分析センター 入社
2010 年

株式会社三井化学分析センター 構造解析研究部 主席研究員

109

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

NMR 研究室便り
日本核磁気共鳴学会

第一三共株式会社 分析評価研究所
第一三共株式会社 分析評価研究所 研究第一グループ

丸吉 京介

はじめに

純物の定量（純度試験）、物性評価など、多岐にわ

第一三共株式会社は、「革新的医薬品を継続的にたります。これらを評価するために、私たちは様々創出し、多様な医療ニーズに応える医薬品を提供

な分析機器・手法を利用しますが、NMR も有用なすることで、世界中の人々の健康で豊かな生活に貢手法の一つになります。

献する」という企業理念に基づき、生命関連企業と現在、平塚研究所では、溶液／固体測定兼用機

してふさわしい高い倫理観をもって企業活動を遂行とし て Bruker 社 製 AVANCE 400（ H 共 鳴 周 波 数

しております。その中で、分析評価研究所は、医薬400.13 MHz）
、溶液／ LC/NMR 測定兼用機として品の品質を正しく適切に保証するための様々な分析

AVANCE 600（1H 共 鳴 周 波 数 600.13 MHz）
、固 体

評価系を作り上げる部所として、品川（東京都）と測定専用機として JEOL RESONANCE 社製 JNM-

平塚（神奈川県）の 2 拠点で研究を推進しています。

ECA 600 II（1H 共 鳴 周 波 数 588.18 MHz）の 計 3 台

医薬品の研究開発については、新規な構造、あ。このうち、AVANCEを保有しています（図 1、2）

るいは薬理作用を有した化合物の創製に注目が集600 に関してはクライオプローブを装着しており、まりがちですが、化合物を医薬品に育て、高品質な感度が求められる微量サンプルやタンパク質の測定製品として継続的に世の中に提供することも製薬企に使用しています。

業の重要な使命です。医薬品の製品化に向けた研究開発には、原薬（有効成分）プロセス開発や製剤

1

以下、当研究所において、これらの装置がどのように活用されているか、ご紹介いたします。

処方設計、それらの品質評価系の構築があり、これらを総 称する CMC（Chemistry Manufacturing

and Control）研究の一翼を分析評価研究所が担っております。

溶液NMR
溶液 NMR については、試料の化学構造が原薬や中間体に相違ないことを確かめるための確認試験、申請資料に記載するシグナル帰属のためのデータ

CMC 研究における NMR
品質評価と一口に言っても、評価を行う項目は、
有効成分の確認（確認試験）や含量値、混在する不- NMR システム
図 1 LC（-SPE）（Bruker 社製 600 MHz NMR 装置）

図 2 固体専用機（JEOL RESONANCE 社製 600 MHz NMR 装置）

受領日：2017 年 9 月 12 日 受理日：2017 年 9 月 13 日 編集委員：野村 薫

NMR 2017 8巻

maruyoshi.keisuke.p4@daiichisankyo.co.jp

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

取得、定量 NMR、及び医薬品中に含まれる微量不結晶性物質で、近年、欧米では共結晶に関するガ

純物の構造決定といった、主に低分子の評価に利イダンスが発行され、薬事規則上での区別が要求用されています。

されています［8］。現状、いくつかの判別方法が提唱

このうち、微量不純物の構造決定については、されていますが、固体 NMR では、 H や C の化学

LC/NMR を使用しています。日米 EU 医薬品規制

シフトに加え、 H DQ MAS や H- N HMQC スペ

調和国際会議（ICH）は、原薬及び製剤中に含まれクトルから得られる原子間の近接情報から、プロト

る有機不純物について、安全性を保証するためにン移動の有無を解析し、塩と共結晶を判別していま投与量に応じた閾値を設定していますが、1 日に投

す 。

1

1

1

13

14

［9］

与される原薬の量が 1 〜 10 mg の医薬品の場合、構

最近では、単結晶を必要としない結晶構造解析

造決定が必要とされる不純物の量は、原薬で 0.1％、法として、固体 NMR と粉末 X 線解析法を組み合わ（対原薬）と非常に低レベルです
製剤で 0.5％

せた手法（NMR Crystallography）にも挑戦してい。

［1, 2］

このような微量成分を高純度に単離・精製する

ます

。

［10］

ことは難しく、また、単離後に分解することがあるため、対象不純物を系外に取り出さずに測定でおわりにきる LC/NMR が有効になります 。基本的には、以上、第一三共株式会社 分析評価研究所におけ

LC/MS 測定から得た情報と H NMR スペクトルかる NMR の利用例について簡単に紹介させていただ

ら不純物の構造を決定しますが、 H NMR スペクト

きました。弊社では NMR が医薬品の出荷の適否判

ルからだけでは構造確定に至らない場合には、二定に関わる試験に使われる頻度はごく稀であり、む

次元スペクトルを取得します 。特に H- C 相関

しろ品質評価系の妥当性を明確にするために活用さ二次元 NMR スペクトルが必要な場合は、固相抽出れている、という状況です。

［3］

1

1

［4］

1

13

（SPE）を組み入れた LC-SPE-NMR システムを用い

最近では、低分子化合物以外の抗体や核酸、低て、不純物を高濃度に濃縮、精製し、測定を行い分子量タンパク質などの開発品を扱う機会も増え。

ますてきており、これらの次世代医薬品の品質評価に［5, 6］

おいても、NMR が活用可能であることが分かって
固体 NMR

きました。製品そのもの（非標識試料）を用いてど固体 NMR は、主に原薬の結晶形を評価するためのような実験・解析・評価を行うかは、引き続き議に使用しています。医薬品は複数の結晶形を持ち、論と検討が必要ではありますが、他の分析手法で個々の結晶形が固有の物理化学的特性を有するたは得ることが困難なユニークな情報を与えてくれる

め、医薬品開発において結晶形を評価することはNMR に熱い期待が寄せられています。

大変重要です。通常、原薬の結晶形評価には、粉末 X 線や熱分析が適用されますが、複数の結晶形「イノベーションに情熱を。ひとに思いやりを。
」

を含む原薬や製剤のような多成分系を評価する場
合など、これらの手法で解析が困難な試料に対し第一三共が掲げるスローガンの下、分析評価技ては、 C CP/MAS で評価を行っています。CP 効

術力を磨き、その幅を広げていくためにも、今後も率を考慮すれば、シグナル強度から定量的な議論

NMR 技術の新しい活用法を見出すことに挑戦してをすることも可能であるため、特に混合物の評価にいきたいと考えています。

13は固体 NMR が重宝されています。また、分子のコ
ンホメーションが類似した結晶多形に関しては、 H
1

NMR研究室便り

DQ MAS スペクトルを取得することもあります。さらに、 H DQ MAS の定量性が評価されたことによ
1

り 、結晶多形の定量方法として H DQ MAS も選［7］

1

択肢の一つになってきました。
原薬形態の評価として、固体 NMR を用いた塩と共結晶の判別にも取り組んでいます。共結晶とは、同一結晶格子内に存在する 2 つ（あるいはそれ以上）のイオン化していない分子によって構成される

110

参考文献
［1］ 新有効成分含有医薬品のうち原薬の不純物に関するガイドラインの改定について（平成 14 年 12 月 16 日，
医薬審発第 1216001 号）.
［2］ 新有効成分含有医薬品のうち製剤の不純物に関するガイドラインの改定について（平成 15 年 6 月 24 日，
医薬審発第 0624001 号）.
［3］ Murakami, T., Konno, H., Fukutsu, N., Onodera, M.,
Kawasaki, T., Kusu, F. (2008) Identification of a degradation product in stressed tablets of olmesartan
medoxomil by the complementary use of HPLC hyphenated techniques. J. Pharm. Biomed. Anal. 47,
553-559.

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

丸吉 京介（まるよし・けいすけ）

2001 年 3 月 大阪大学理学部化学科 卒業
2003 年 3 月 大阪大学大学院理学研究科化学専攻博士前期課程 修了
2006 年 3 月 大阪大学大学院理学研究科化学専攻博士後期課程 修了
2006 年 4 月〜 2007 年 3 月 三共株式会社（現 第一三共株式会社）分析評価研究所
2007 年 4 月〜現在 第一三共株式会社 分析評価研究所
2011 年 8 月〜 2012 年 8 月 英国 ウォーリック大学 物理学科 客員研究員（University of Warwick, Department of Physics, UK）

111

NMR 2017 8巻

Spectroscopy. J. Pharm. Sci. in press.
［8］ Guidance for Industry: Regulatory Classification of
Pharmaceutical Co-Cr ystals., U.S. Department of
Health and Human Services Food and Drug Administration, Center for Drug Evaluation and Research(April 2013).
［9］ Maruyoshi, K., Iuga, D., Antzutkin, O.N., Alhalaweh, A., Velaga, S.P., Brown, S.P. (2012) Identifying
the intermolecular hydrogen-bonding supramolecular synthons in an indomethacin–nicotinamide
cocrystal by solid-state NMR Chem. Commun. 48,
10844-10846.
［10］Watts, A.E., Maruyoshi K., Hughes, C.E., Brown,
S.P., Harris, K.D.M. (2016) Combining the Advantages of Powder X-ray Diffraction and NMR Crystallography in Structure Determination of the Pharmaceutical Material Cimetidine Hydrochloride.
Cryst. Growth Des. 16, 1798-1804.

日本核磁気共鳴学会［4］ Murakami, T., Fukutsu, N., Kondo, J., Kawasaki, T.,
Kusu, F. (2008) Application of liquid chromatography-two-dimensional nuclear magnetic resonancespectroscopy using pre-concentration column trapping and liquid chromatography-mass spectrometry for the identification of degradation products
in stressed commercial amlodipine maleate tablets.
J. Chromatogr. A 1181, 67-76.
［5］ Murakami, T. (2009) Identification of Low-level
Impurities in Pharmaceuticals by LC/MS and LC/
NMR. Bunseki 418, 549-554.
［6］ Murakami, T., Fukutsu, N. (2012) Structure Elucidation of Impurities in Pharmaceuticals by HPLC
Hyphenated Techniques. CHROMATOGRAPHY
33, 179-190.
［7］ Maruyoshi, K., Iuga, D., Watts, A.E., Hughes, C.E.,
Harris, K.D.M., Brown, S.P. (2017) Assessing the
Detection Limit of a Minority Solid-State Form of a
Pharmaceutical by 1H Double-Quantum MAS NMRBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

若手 NMR 研究会便り

かんぽの宿紀伊田辺で開催された第 18 回若手 NMR 研究会便り
大阪大学蛋白質研究所蛋白質構造形成研究室所属 博士 3 年

牟田 寛弥
h-muta@protein.osaka-u.ac.jp

初めまして、『第 18 回若手 NMR 研究会』
（ 以下、ています。今年は、夏の暑さの残る 9 月上旬に、海研究会）にてスタッフを務めました、大阪大学 蛋白

水浴で賑わいを見せる和歌山県南紀は、田辺市の質研究所 蛋白質構造形成研究室所属の牟田寛弥と温泉宿ということもあって、ロケーションは抜群で

申します。

した。

本研究会は、核磁気共鳴（NMR）法を使用して宿の客室の窓からは、透明度の高いエメラルドグ

研究活動を行っている全国の研究者による、合宿

リーンの海を臨むことができます。2 日目には自由形式の研究交流会です。毎年、学生もしくは若手

散策の時間も設けました。天候にも恵まれ、会期を研究者が主体となり、様々な分野の最先端の研究

通して快晴でしたので、会場の宿の対岸にあたる

現場で活躍する NMR 法について、その原理と応用

小島（元島）を始め、沿岸部を散策し、綺麗な海をを学び合う大変刺激的な会として盛り上がりを見せ存分に満喫できました。

ています。和歌山県田辺市で行われた今年の研究会も無事に盛況を収めましたので、その旨をお伝えいたします。

NMR の基礎から応用まで
もちろん南紀の豊かな自然だけでなく、みっちりと勉強も詰め込みました。

〜 4 日（月）会 期：2017 年 9 月 2 日（土）1 日目は開会の挨拶とともに現在横浜国立大学に会 場：和歌山県・田辺市・かんぽの宿紀伊田辺

所属していらっしゃる児嶋 長次郎 先生より、NMR

かんぽの宿紀伊田辺 HP：のパルスシークエンスにおいて磁化の動きを追う際

ht t ps ： //w w w.ka nponoyado. ja pa npost. jp/に必須となる、プロダクトオペレータ（直積演算子）

kiitanabe/の計算の基礎的内容を講演していただきました。

規 模：総勢 70 名

パルスシークエンスを書いたことのある人なら第 18 回研究会 HP：

ば、普段から慣れ親しんだ計算ですが、初心者のhttp：//www.pharm.kyoto-u.ac.jp/wakatenmr

方や構造解析ツールとして NMR 測定を行っている

2017/

方はかなり手こずっておりました。
しかし、児嶋先生の分かりやすい講演のおかげ

綺麗な海を一望できる抜群のロケーションで開催
毎年研究会は、温泉地や山間部の宿で開催されで、NMR 測定の複雑な原理のブラックボックス化も改善されたのではないでしょうか。

若手NMR研究会便り
写真 1 会期中に撮影した集合写真
112

写真 2 宿からの眺め。対岸の元島と弁財天を祀る大鳥居を一望できる

受領日：2017 年 9 月 19 日 受理日：2017 年 9 月 23 日 編集委員：浅野 敦志

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8113

日本核磁気共鳴学会

写真 5 大盛り上がりとなった近畿大学水産研究所の招待講演

写真 4 黄田 育宏 先生の招待講演の様子

写真 6 会期中に行われたポスター発表の様子

以上の基礎を踏まえた上で、最新鋭の研究成果の講演が後に続く構成としましたので、普段の学会よりも内容の理解が進んだことと思います。

近畿大学水産研究所より特別講演
今回は、研究会の主催に近畿大学の先生ならびに学生の方々に協力していただきました。また会場

特に今回参加者の半数を占めていた大学院生のが南紀ということで、白浜に所在する近畿大学水産

方には、自身の研究力を高める大変良い機会になっ研究所から、家戸 啓太郎 先生をお招きし、特別講たことでしょう。

演をしていただきました。
講演内容は、ゲノム編集技術を用いた最新鋭のNMR 測定をさらに進化させる !

品種改良の研究でした。研究会の参加者は、生

今回も協賛をいただいている、ブルカー・バイオ

体 分 子について 研 究され ている方 がほとんど。

スピン株式会社、日本電子株式会社（JEOL）の企

CRISPR/Cas9（クリスパー・キャスナイン）を用い業セミナーがございました。日々進歩していく技術

たゲノム編集技術と来れば、皆さんの注目度は否がにより、より高感度・高分解能に、または多核種で応にでも高まりました。まるで、近未来作品の世界測定できるツールやソフトウェアの進歩に参加者とに入ったような内容。人類の技術の進歩と、それをもども舌を巻いておりました。研究には大学だけで正しく発展させるにはどうすれば良いのか。分野外

なく、実験装置や試薬を提供して下さる数々の企業の研究内容にもかかわらず、議論の活発度合は最の方々との繋がりも重要です。この場を通して、企高潮を見せました。

業と大学との深い繋がりがより多く得られたことでしょう。

研究者同士の交流も活発でした

さらに、今回はまさに最新鋭の研究紹介として、研究会は最新鋭の研究成果を共有し、知識を深情報通信研究機構（NICT）脳情報通信融合研究セ

めるだけでなく、議論や会話を通して研究者同士のンターより、黄田 育宏 先生をお招きし、匂いを感交流を深める目的もあります。

知する脳の動きを核磁気共鳴画像（MRI）法から解初日の夕食後には、恒例の研究室紹介が行われ、析するという研究成果をご講演いただきました。脳それぞれの所属する研究室を紹介し、アイスブレーの動きが映像で見えるというエキサイティングな研キングとしました。その後の懇親会を経て、打ち解究に、会場は沸き立ちました。

け合った面々の中で、2 日目は学生によるポスター

NMR 2017 8巻

写真 3 オープニング、児嶋 長次郎 先生の講演中の様子

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

発表が行われました。
親睦が深まったのちの発表ということもあり、い廣明

秀一 先生（名古屋大学大学院 創薬科学研究科）

小林直宏 先生（大阪大学 蛋白質研究所）

つもより鋭く、深い指摘もあり、発表者にとっては家戸 啓太郎 先生（近畿大学 水産研究所）

大変に刺激的な経験になったのではないでしょう西村

慎一 先生（京都大学大学院 薬学研究科）

か。

黄田育宏 先生（情報通信研究機構（NICT）
脳情報通信融合研究センター）

おわりに南紀の豊かな自然の中、天候にも恵まれ、今年

今回ご協賛をいただいた企業一覧（お申し込み順）

で 18 回目となる研究会は盛況のうちに幕を閉じま

株式会社シゲミ

した。これも、主催およびスタッフを受け持ってく

ブルカー・バイオスピン株式会社

ださった方々、ご講演をいただいた方々、ご協賛を

日本電子株式会社

いただいた方々、ならびに会場を提供していただ

株式会社セルフリーサイエンス

いたかんぽの宿紀伊田辺の皆様のおかげでござい株式会社東京インスツルメンツ

ます。この場をお借りしまして、御礼を申し上げま

昭光サイエンス株式会社

す。

大陽日産株式会社

次回第 19 回若手 NMR 研究会は、広島大学 分子
生物物理学研究室が中心となって 2018 年に開催さ今回ご賛助をいただいた学術研究領域れる見込みでございます。こちらの記事を読み、ご新学術領域「動的構造生命」

興味を持たれた方は、奮ってご参加のほどよろしく

新学術領域「柔らかな分子系」

お願いいたします。

新学術領域「動的秩序と機能」

最後に、今回、ご講演をいただいた方々、ご協賛をいただいた方々を連名いたしまして、研究会の報告の終了といたします。

特別謝辞
和歌山県 田辺市
和歌山県 田辺観光協会

今回の招待講師の方々
児嶋 長次郎 先生（横浜国立大学大学院 工学研究院）

若手NMR研究会便り
114

かんぽの宿 紀伊田辺

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

115

ICMRBS 報告

生体系磁気共鳴国際会議 International Confer-

Systems（ICMRBS）が 1998 年に 八 王 子 で 開 催されてから既に 10 年以上が経過しようとしていた頃、この間の研究の発展を踏まえて、再びこの国際会議をわが国で開催しようという機運が研究者の間で高まってきていた。おりしも、ICMRBS の国際評議委員会が、2012 年にリヨン（フランス）において開 催される第 25 回 ICMRBS を機 会に、2016 年
開催予定の第 27 回 ICMRBS 開催国候補の募集を始The 27th ICMRBS-2016 Kyoto のロゴマーク（天羽沙織さん作）。ホームページ、要旨集、会議トートバッグなどに利用され、参加者より大好評を得た。五重の塔
は磁気共鳴（MR）の時間信号を、山は周波数信号を模している。

めた。これを受けて、日本核磁気共鳴学会理事会
は本国際会議のわが国への招致に取り組むことを

ICMRBS 国際評議委員会に対して、本国際会議を決定し、嶋田一夫教授（日本核磁気共鳴学会会長

2016 年に国立京都国際会館で開催するとした要望（当時）、東京大学大学院薬学系研究科）を中心と書を提案した。2012 年 8 月末にリヨンで開催されたした招致準備委員会を 2012 年 1 月に設置した。こ

第 25 回 ICMRBS での国際評議委員会において、提の委員会で 2016 年 ICMRBS の開催要項を決定し、案内容のプレゼンテーションに基づいて審査が行わ

京都国際会館メインホールにおける基調講演の様子。
写真は fMRI 法（機能的磁気共鳴画像法）の開発で著名な小川誠二先生。本講演の座長は 2002 年ノーベル化学賞を受賞された Kurt Wüthrich 先生。

京都国際会館メインホールにおけるプレナリー講演の様子。写真は座長を務める嶋田一夫実行委員長。

京都国際会館メインホールにおける口頭講演の様子。プロジェクターなどの設備類も完璧にオーガナイズされており、たいへん居心地のよい会場であった。写真の後方
2 階にも座席が続くが、会場はしばしば満席になった。

200 人規模の小部屋での口頭発表の様子。各セッションに特化した、より専門的な内容について質疑応答がなされた。
写真は「膜蛋白質と脂質 II」セッションにおいて、有名な
Stephan Grzesiek 先生の講演における質疑応答の様子。

受領日：2017 年 9 月 11 日 受理日：2017 年 9 月 13 日 編集委員：浅野 敦志

NMR 2017 8巻

ence on Magnetic Resonance in Biological

日本核磁気共鳴学会

第 27 回生体系磁気共鳴国際会議
ICMRBS京都大会の報告

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

れ、2016 年は京都で第 27 回 ICMRBS を開催するこAward Lecture 1 演題、24 の Parallel セッションでとが決定された。これを受けて、わが国の生体系

120 演題、Poster 470 演題（うち 35 件は oral 発表も磁気共鳴関係の諸団体、および日本核磁気共鳴学あり）、総演題数 601 の発表があった。日本からは、会の協力を得て本会議の準備が進められ、2016 年

fMRI 法（機能的磁気共鳴画像法）の開発者である（平成 28 年）の ICMRBS 京都大会の開催に至った。

小川誠二教授（東北福祉大学）の Keynote Lecture、

ICMRBS 京都大会は、2016 年 8 月 21 日（日）〜 8

クライオ電子顕微鏡法の開発者である藤吉好則教

月 26 日（金）の 6 日間、京都市の国立京都国際会館

授（名古屋大学）と蛋白質の三重共鳴帰属法の開発

にて開催された。甲斐荘正恒教授（首都大学東京）、者である伊倉光彦教授（トロント大学）の Plenary

阿久津秀雄教授（大阪大学）、嶋田一夫教授（東京Lecture などがあった。特に、藤吉先生の講演は大学）の 3 名の組織委員を中心に、オールジャパン

印象的で、近年のクライオ電子顕微鏡による超高体制で万全を期して開催に臨み、正規登録者 772

分解能のタンパク質構造解析が構造生物学の未来名（招待講演者 117 名、招待参加者 18 名、一般 427を大きく拓いている現状が伺えた。高分解能化に

名、学生 197 名、同伴者 13 名）、大会スタッフや出至った技術革新は、検出器の感度向上だけでなく、展企業を含めた総参加者 982 名を迎えることができ

解析プログラムや試料調製法など周辺技術の改良た。また、30 の国々からの参加があり、海外からも大きく影響しており、NMR の技術革新に極めての参加者は全体の約 7 割を占める大変国際色豊かな学会となった。多くの参加者や ICMRBS 評議員
から最も成功した大会の一つであったとの評価を受けた。
学術プログラムは Kurt Wüthrich 博士（スイス連
邦工科大学チューリッヒ校、2002 年ノーベル化学賞受賞）の格調高い Keynote Lecture から始まり、

Keynote Lectures 2 演題、Plenary Lectures 8 演題、ICMRBS報告
116

イベントホールにおけるポスター発表の様子。面積が広かったため、数百人が同時にディスカッションすることができた。アジア諸国をはじめ世界中の若手研究者が自らの研究成果を発表し議論する機会を得た。

Hospitality Suite の様子。古都京都をアピールするような演出も行われた。Welcome Reception や Banquet
も含め、全日、会場内で簡単ながらも夕食をとれるようにスケジュールを工夫した。
（写真上）Hospitality Suite
での開会の挨 拶（嶋田一夫実行委員長）。
（写真下）
2002 年ノーベル化学賞を受賞され、当国際会議で基調講演をされた Kurt Wüthrich 先生。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8117

日本核磁気共鳴学会

京都国際会館の周りにはあまりレストランが無いことが問題点であったが、全日お弁当（ベジタリアン対応もあり）を用意することによって対応した。

重要なヒントを与えているように思われる。また、若手研究者には、NMR が構造生物学にどのように貢献していくべきかを改めて考える良い機会を与えたようである。他にも、溶液 NMR の Jane Dyson
博士（スクリプス研究所）、Gottfried Otting 博士（オーストラリア国立大学）、Arthur G. Palmer III
博士（コロンビア大学）、および Gerhard Wagner
博士（ハーバード大学）、固体 NMR の Mei Hong 博士（マサチューセッツ工科大学）と Beat Meier 博士（スイス連邦工科大学チューリッヒ校）から、極めてレベルの高い重厚な Plenary Lecture があった。

受付登録の様子。参加者数が予想を上回ったため、英語での受付に慣れるまでに若干の混雑が見られた。受付や会場整理は近隣の大学の学部生や院生（60 人）に協力していただいた。数時間後にはほぼ問題なく英語で対応できるようになり、良い経験となった。

また、Award Lecture は固体 NMR の Adam Lange
博士（ライプニッツ分子薬理学研究所）であった。

最後になりましたが、厳しい経済状況のなかでこその他の発表も極めてレベルが高く、国内外ののような盛大な国際会議を開催できたのは多くの学

NMR 研究者を大いに刺激したと思われる。

会員の積極的な参加に加えて、関連企業、財団の学会公式の社交プログラムとしては、Welcome

厚いご支援のおかげです。また、株式会社 JTB コ

Reception を初日の 8/21（日）夜に京 都国際 会 館

ミュニケーションデザインの方々には、企画から進スワン・庭園で、Conference Banquet を 5 日目の行、まとめまで多くの業務でお世話になりました。

8/25（木）夜にグランドプリンスホテル京都プリン

アジアとりわけ日本の生体系 NMR 研究のレベルのスホールにて開催したほか、希望者に対して 4 日目

高さや、日本の産業界の底力を世界に示す機会をの 8/24（水）午後にエクスカーションを設けた。ま与えていただき、組織委員一同、心から感謝いたし

た、2 日目の 8/22（月）と 3 日目の 8/23（火）は協賛ます。

企業主催のイベントやセミナー（企業 night）が催された。学会期間中は、幸いにも晴天に恵まれた

謝 辞が、京都国際会館付近は日中 33℃前後の真夏日と北原亮先生（立命館大）より Vol.7 掲載の資料をなった。蒸し暑い日が続いたが、海外から来日され多数ご提供していただきました。ここに厚くお礼申た参加者も含めて、京都滞在を大いに楽しまれてし上げます。

いたように見受けられた。今大会では、Welcome

Reception、Conference Banquet、 企 業 night、 企

ICMRBS 2016 組織委員会一同業ブースなどを通じて、日本の文化が多数発信さ（文責：児嶋長次郎、池上貴久）

れた。

NMR 2017 8巻

最終日前夜に開かれた懇親会（Banquet）終盤の様子。
会場の前のグランドプリンスホテル京都で行われた。
前半は２年後の次回 ICMRBS 幹事（アイルランド）の挨
拶や各種の表彰式なども行われた。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

NMR 学会編新刊出版のお知らせ

新刊書籍紹介日本 NMR 学会 NMR 書籍編集委員長

内藤晶

naito@ynu.ac.jp

Experimental approaches of NMR spectroscopy–Methodology and application to life science andmaterials science–
The Nuclear Magnetic Resonance Society of Japan
EditorSpringer: ISBN 978-981-10-5965-0
日本 NMR 学 会では表 記タイトルの NMR の実
験法に焦点を絞った NMR 書籍の出版を企画し、NMR 学会に NMR 書籍編集委員会（内藤 晶、朝倉哲朗、嶋田一夫、竹腰清乃理、山本泰彦）を設立して NMR 書籍の編集を行ってきました。このほど、下に示す内容の NMR 実験書籍が Springer 社
より 2017 年 10 月 28 日頃に出版される予定になりました。
本書では、現在 NMR 関連分野の最前線で研究を

NMR学会編新刊出版のお知らせ
118

されている先生方に実験手法を中心にした研究の

NMR、糖タンパク質の NMR、RNA の NMR、メタ総説を執筆していただいております。Part I では、

ボリック NMR、常磁性物質の NMR、有機四極子

特に方法論の研究を中心に、高圧 NMR 法、同位核の NMR、無機四極子核の NMR、NMR によるタ

体 標識 NMR 法、NMR データ解 析法、DNPNMR

ンパク質 ―リガンド相互作用の解析法、残余異方法、超高速 MAS 回転 NMR 法、光およびマイクロ相互作用を利用したタンパク質の立体構造と動的波照射 NMR 法、緩和分散 NMR 法、常磁性プロー構造の決定法について、NMR の広範な応用研究が

ブ NMR 法、固体 NMR による膜結合生体分子の構中心に述べられています。詳しくは本書籍について

造解析法についての実験法の詳細が述べられていの出版社ホームページも併せてご覧ください。

ます。Part II では、シルク材料の NMR、高分子材

http://www.springer.com/jp/book/97898110

料の NMR、機能性材料の重水素 NMR、天然物の59650

Contents
Part I Methodology
Chapter 1

Protein studies by high pressure NMR
Kazuyuki Akasaka

Chapter 2

Isotope-Aided Methods for Biological NMR Spectroscopy: –Past, Present and Future–
Masatsune Kainosho, Yohei Miyanoiri, Mitsuhiro Takeda

Chapter 3

Advances in NMR data acquisition and processing for protein structure determination
Teppei Ikeya, Yutaka ItoBULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

Chapter 5

Photoirradiation and Microwave irradiation NMR Spectroscopy
Akira Naito, Yoshiteru Makino, Yugo Tasei, Izuru Kawamura

Chapter 6

Solid-state NMR under ultrafast MAS rate of 40–120 kHz
Yusuke Nishiyama

Chapter 7

Elucidating Functional Dynamics by R 1ρ and R 2 Relaxation Dispersion NMR Spectroscopy
Erik Walinda, Kenji Sugase

Chapter 8

Structural Study of Proteins by Paramagnetic Lanthanide Probe Methods
Fuyuhiko Inagaki, Tomohide Saio

Chapter 9

Structure determination of membrane peptides and proteins by solid-state NMR
Izuru Kawamura, Kazushi Norisada, Akira Naito

Part II Application to life science and materials science
Chapter 10

NMR studies on silk materials
Tetsuo Asakura, Yugo Tasei

Chapter 11

NMR studies on polymer materials
Atsushi Asano

Chapter 12

Solid-State H NMR studies of molecular motion in functional materials
Motohiro Mizuno

Chapter 13

NMR Spectral Obser vations of the Gases in Polymer Materials
Hiroaki Yoshimuzu

Chapter 14

NMR studies on natural product −Stereochemical determination andconformational analysis in solution and in membrane−
Nobuaki Matsumori and Michio Murata

Chapter 15

Technical basis for nuclear magnetic resonance approach for glycoproteins
Koichi Kato, Saeko Yanaka, and Hirokazu Yagi

Chapter 16

NMR studies on RNA
Taiichi Sakamoto, Maina Otsu, Gota Kawai

Chapter 17

NMR analysis of molecular complexity
Jun Kikuchi

Chapter 18

NMR of paramagnetic compounds
Yasuhiko Yamamoto and Tomokazu Shibata

Chapter 19

NMR of quadrupole nuclei in organic compounds
Kazuhiko Yamada

Chapter 20

NMR of quadrupole nuclei, inorganic materials
Toshikazu Takahashi

Chapter 21

Protein ligand interactions as studied by NMR
Hidekazu Hiroaki, Daisuke Kohda

Chapter 22

Protein structure and dynamics determination by residual anisotropic spin interactions
Shinichi Tate2

NMR 2017 8巻

Advances in high field DNP methods
Yoh Matsuki, Toshimichi Fujiwara
日本核磁気共鳴学会

Chapter 4119

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

NMR 学会からのお知らせ

日本核磁気共鳴学会の決定事項

山本 泰彦

筑波大学

日時：2016 年 11 月 16 日
（水）11 時 50 分〜12 時 10 分

芦田淳（株）JEOL RESONANCE

場所：広島国際会議場

林

文晶2016 年度 通常総会 議事次第

■会計監査（H28-H29）

理化学研究所■評議員（H28 H29）

国際会議ホール「ヒマワリ」

朝倉 哲郎

東京農工大学

総会次第

池上 貴久

横浜市立大学1. 開会の辞

大澤 匡範

慶應義塾大学2. 会長挨拶

梶

弘典

京都大学

3. 第 55 回 NMR 討論会（2016）世話人 挨拶

片平 正人

京都大学

4. 事業報告加藤 晃一

自然科学研究機構

5. 2015 年度 収支決算の承認

児嶋長次郎

大阪大学

6. 2016 年度 中間報告の承認

高橋 栄夫

横浜市立大学7. 2017 年度 収支予算案の承認

竹腰清乃理

京都大学

8. 2017 年度 役員の選任

楯

真一

広島大学

9. 第 56 回 NMR 討論会（2017）世話人 挨拶

出村

誠

北海道大学

10. その他

内藤晶

横浜国立大学11. 閉会の辞野村薫

サントリー生命科学財団

会員数

第一三共 RD ノバーレ（株）

廣明 秀一

名古屋大学

藤原 敏道

大阪大学

吉水 広明

名古屋工業大学

会員種別

2014 年9 月 30 日

2015 年9 月 30 日

2016 年9 月 30 日

正会員

438

439

436

学生会員

■評議員（H27-H28）

151

158

147

名誉会員

阿久津秀雄

大阪大学

12

12

12

賛助会員

8

8

8

浅川 直紀

群馬大学

合 計

609

617

603

浅野 敦志

防衛大学校

金橋 康二

新日鐵住金（株）

木川 隆則

理化学研究所■会長（H28-H29）

神田 大輔

九州大学

佐藤

ブルカー・バイオスピン（株）

京都大学
＊
＊＊
■理事（H28 H29）会長（ ）副会長（ ）

白川 昌宏

京都大学

菅瀬 謙治

京都大学

竹腰清乃理（*）

京都大学

武田 和行

京都大学

加藤 晃一（**）

自然科学研究機構

杤尾 豪人

京都大学

朝倉 哲郎

東京農工大学

西山 裕介（株）JEOL RESONANCE

池上 貴久

横浜市立大学

松木

陽

大阪大学

浅野 敦志

防衛大学校

水野 元博

金沢大学

神田 大輔

九州大学

山本 泰彦

筑波大学

菅瀬 謙治

京都大学

内藤

横浜国立大学H28 年度現役役員名簿

竹腰清乃理

NMR学会からのお知らせ

晶

藤原 敏道
120

半沢 宏之

大阪大学

一

121

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

事業報告

北原

Ⅰ . 現時点での会員数

神田 大輔

九州大学

Ⅱ . 活動報告と方針の提案

佐藤

ブルカー・バイオスピン（株）● 2015 年度

武田 和行

京都大学

1. 第 54 回 NMR 討論会（2015）

杤尾 豪人

京都大学

2.「日本核磁気共鳴学会 若手研究者渡航費助成金」

西山 裕介

日本電子（株）

松木

大阪大学

一

陽

立命館大学

三島 正規

首都大学東京4. 学会機関誌 6 巻の発行

村田 道雄

大阪大学

5. その他

山田 和彦● 2016 年度

高知大学■会計監査（H29 H30）

1. 第 55 回 NMR 討論会（2016）芦田淳

2.「日本核磁気共鳴学会 若手研究者渡航費助成金」

林文晶（株）JEOL RESONANCE
理化学研究所の募集と選定3. 会員サービスの推進

11 月 16 日（水）開催の新評議員会および新理事会

4. 学会機関誌 7 巻の発行にて、平成 29 年度選出の評議員から理事（追加分）

5. その他が選出された結果、平成 29 年度理事、会計監査、● 2017 年度（方針）＊＊＊幹事は以下のように決定した。会長（ ）副会長（ ）1. 第 56 回 NMR 討論会（2017）
2.「日本核磁気共鳴学会 若手研究者渡航費助成金」■理事
竹腰清乃理（*）

京都大学

H28-H29

3. 会員サービスの推進加藤 晃一（**）

自然科学研究機構

H28-H29

4. 学会機関誌 8 巻の発行

朝倉 哲郎

東京農工大学

H28-H29

5. その他

浅野 敦志

防衛大学校

H29-H30

池上 貴久

横浜市立大学

H28-H29伊藤隆

首都大学東京H29-H30

河合 剛太

千葉工業大学

H29-H30

神田 大輔

九州大学

H29-H30

内藤横浜国立大学

H28-H29

藤原 敏道

大阪大学

H28-H29

芦田淳（株）JEOL RESONANCE

林

文晶の募集と選定2016 年度 通常総会 議事録
出席： 出席者数（90 名）と委任状受領数（24 名）の合計 114 名晶■会計監査（H29-H30）］＊ 定足数［一般会員 436 名（2016 年 9 月 30 日現在）

/5 ＝ 88 名

理化学研究所＊ 配布資料と投影資料に基づき全て承認された。

■幹事＊ 2015 年度収支決算について監査報告がなされた。

阿久津秀雄

日本学術振興会

出村

北海道大学

日本核磁気共鳴学会役員
平成 29 年度の評議員と会計監査が選出、承認された。

■評議員（H29-H30）
浅野 敦志

防衛大学校

伊藤

隆

首都大学東京河合 剛太

千葉工業大学川村出

横浜国立大学木川 隆則

理化学研究所菊地

理化学研究所淳

誠

NMR 2017 8巻

3. 会員サービスの推進

日本核磁気共鳴学会の募集と選定亮

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

第 56 回 NMR 討論会（2017）

第 56 回 NMR 討論会を、2017 年 11 月 14 日（火）、15 日（水）、16 日（木）の 3 日間で開催します。会場の首都大学東京は、1998 年に ICMRBS を開催した会場でもあり、1,200 名収容可能な講堂をはじめとして設備も整っております。ぜひ多くの方々にご参加いただき、NMR についての白熱したご討論をお願いいたします。
プログラムとしては、例年同様に NMR チュートリアルコースを開催し、若手ポスター賞表彰も行います。
若手研究者、大学院生・学生の方に積極的に参加していただければ幸いです。第 2 日目の午前には isotope-

aided methods in biological NMR と題したシンポジウムも企画しています。また、海外からの招待講演者
として、国際的に活躍している 4 名の研究者を招聘することができました。それぞれ個性的な研究を進めている研究者ですので、NMR を利用した新たな研究の可能性を考える上ではよい機会になると思います。
それでは、皆様のご参加を南大沢でお待ちしています。
第 56 回 NMR 討論会 世話人 伊藤 隆（首都大学東京）

会期：2017 年 11 月 14 日（火）～ 16 日（木）チュートリアルコース 2017 年 11 月 13 日（月）会場：首都大学東京・南大沢キャンパス（東京都八王子市南大沢 1-1）

招待講演・特別講演のプログラム
第 2 日目 11 月 15 日（水）招待講演 1 座長：浅野 敦志

14:40 〜 15:15

Applications of dynamic nuclear polarization（DNP）-enhanced solid-state NMR tomaterials science
Dr. Takeshi Kobayashi（Ames Laboratory, USA）

招待講演 2 座長：川村 出

15:15 〜 15:50

NMR on membrane proteins– The use of magic angle sample spinning anddynamic nuclear polarization for the investigation of ABC transporters,
GPCRs and Photoreceptors
Prof. Clemens Glaubitz（Goethe University Frankfurt, Germany）

NMR学会からのお知らせ
122

招待講演 3 座長：三島 正規

16:00 〜 16:35

Chaperone-client-interactions: From basic principles to roles in health and disease
Prof. Sebastian Hiller（University of Basel, Switzerland）

招待講演 4 座長：横山 茂之

16:35 〜 17:10

Single cell Hi-C and single molecule imaging to study nuclear architecture
Prof. Ernest Laue（University of Cambridge, UK）

123

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

特別講演 1（学術賞） 座長：河合 剛太

Small Volume. Why not?

日本核磁気共鳴学会

17:30 〜 18:05

高橋 征三（日本女子大学）

チュートリアルコース
日時：11 月 13 日（月）NMR 2017 8巻

会場：首都大学東京・南大沢キャンパス
国際交流会館 1F 大会議室

13：00 〜 14：30

最適な測定を考える
八木 宏昌 先生（理化学研究所）
溶液 NMR の方法論は成熟期を向かえ、今やほとんどの測定は予め用意されたパラメータを読み込んでルーチンでおこなえるようになった。しかし、ふと立ち止まってみると、例えば HSQC を測定しようと思い
標準測定法を呼び出してみると、同じ HSQC なのに幾つもの測定法があるのに気づく。いったい何が違うのだろうかと考えてみたことはないだろうか？ 今回のチュートリアルコースでは、これらの基本的な違いを原理に基づき解説し、どういったときにどのような測定を行うのが最適なのかを、タンパク質の解析を例にとって、自らの経験を踏まえて紹介したい。NMR 業界の現状を見渡すと必ずしも測定時間がふんだんに確保できるとは限らない。限られた時間内でベストな測定をするには何に着目したら良いか？ もしかしたら今
より効率の良い測定法があるかもしれない。この機会に自分のルーチンを少し振り返ってみてはいかがでしょうか。

14：40 〜 16：10

固体 NMRにおける C- C間の偏極移動
13

13

大橋 龍太郎 先生（金沢大学）
固体 NMR は、X 線回折や溶液 NMR などの測定法では構造解析が困難な試料にも適用できる測定法として期待されており、近年では膜タンパク質などの構造も解析できるようになっている。NMR では、溶液

NMR の 1H-1H NOESY 法に代表されるように、原子核間の距離情報から分子構造が解析される。固体 NMRの場合は H よりも C の方が高分解能で測定が可能であるため、 C- C 間の距離情報を得るための測定法が
1

13

13

13

盛んに研究されてきた。約 10 年前までは、 C- C 間の距離は 2 つの炭素原子のみに限定した手法では C- C
13

13

13

13

間の距離を正確に求められるが、3 スピン以上の C 同士の距離を求めるためのブロードバンドな手法ではお13

おまかな距離しか求められなかった。しかし最近では、天然存在比の試料を用いて 0.1Å 以下の精度で C- C
1313間の距離を決定したという報告例のようにブロードバンドな手法で求められる C- C 間の距離の精度が上
1313

がってきており、固体 NMR による C- C 間距離の測定法を用いた構造解析が今後より発展していくことが13

13

期待される。本講演では、ブロードバンドな測定法の中でも広く用いられている PDSD、DARR などの H- C
113間の双極子相互作用を用いた 13C-13C 間の偏極移動について、偏極移動の基礎的な概念や偏極移動速度導出の概要などについて説明する。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

16：20 〜 17：50

NMRを創った人たち：第 1 話 夜明け前
2. Rabi の分子線 NMR の成功とGorter の凝縮系 NMR の失敗
寺尾 武彦 先生（京都大学 名誉教授）
教科書では、長年にわたって積み重ねられた多数の研究成果が系統的に整理され、簡潔に淡々と記述されていて、学問が創られた背景にある含蓄に富んだ話はすっかり削ぎ落とされている。しかし、先人たちが歴史的な研究に取り掛かったきっかけや鍵となるアイデアの着想の経緯、あるいは回り道やつまずきなど創造の過程で辿った軌跡を知ることは、我々にとって間違いなく貴重な財産になるであろう。そのためには、研究を行った本人の経歴や人物像、研究が行われた時代背景、研究環境、周辺の人々の関わりや反応など、学問が創られるに至った状況を様々な角度から知ることも極めて重要である。本講演では、時代を画した研究を行った人物にスポットを当てて、できる限りその研究が成功するに至った道のりや、研究が行われた現場を、様々な文脈において多面的に蘇らせる。うまくいけば、おそらくはその人物の人間性や生き方に根ざしているであろう、研究に対する姿勢やものの考え方、奥深い想いが浮かび上がってくるかも知れない。その試みを通して、研究者として歩み出した若い人たちに、 科学する とはどういうことなのかを物語全体から感じ取ってもらえることを願っている。今回は、Bloch と Purcell に先立って NMR を試みた Rabi と Gorter について話す。

NMR学会からのお知らせ
124

125

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

２．若手研究者渡航費助成
1．学会からのお知らせ・学会誌新着情報

2．若手研究者渡航費助成
３．NMR
討論会・チュートリアルコース（参加方法、若手ポスター賞応募方法など）
3．NMR 討論会・チュートリアルコース（参加方法、若手ポスター賞応募方法など）
４．共催事業・学会・会議等開催案内
4．共催事業・学会・会議等開催案内
５．求人（企業・研究機関など）
5．求人（企業・研究機関など）
６．研究支援情報（施設利用、教科書、機器提供、実験アイデア・ティップス、ソフトウエアの公開等）
6．研究支援情報（施設利用、教科書、機器提供、実験アイデア・ティップス、ソフトウエアの公開等）◎ニュースレターの受信設定（会員個人登録情報の更新）◎ニュースレターの受信設定（会員個人登録情報の更新）
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会員からのニュースレターの投稿は随時受け付けております。原稿作成・投稿方法は、以下に掲載の「ニ◎記事の投稿方法についてュースレター投稿規定」に従ってください。
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ニュースレター
月～20172017年年
3 月）
ニュースレターNo.621-797（2016年 44 月〜
No.621-797（ 2016年
3 月）
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2007
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2004

0

20

40

60

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100

NMR 2017 8巻

NMR ニュースレターは核磁気共鳴学会会員相互の NMR に関する情報交換の場を提供するものです。会NMR ニュースレターは核磁気共鳴学会会員相互の NMR に関する情報交換の場を提供するものです。会
員サービスの一環として、会員からご投稿いただいたニュースレターを会員メーリングリトで配信するとともに、学会ホームページ(http://www.nmrj.jp)でもバックナンバーを公開いたします。配信内容は６ジャンル
員サービスの一環として、会員からご投稿いただいたニュースレターを会員メーリングリストで配信するとに分類しております。
ともに、学会ホームページ（http://www.nmrj.jp）でもバックナンバーを公開いたします。配信内容は 6 ジャ１．学会からのお知らせ・学会誌新着情報
ンルに分類しております。

日本核磁気共鳴学会

ニュースレターの記録
ニュースレターの記録

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

ニュースレター投稿規定
本ニュースレターは日本核磁気共鳴学会会員相互の NMR に関する情報交換の場を提供するものです。会員からの情報提供（投稿）を随時受付けます。お送りいただいた原稿は、原則として無審査で掲載しますが、NMR に無関係のものや公序良俗に反するなど本レターに不適切と理事会で判断したものは掲載不可とします。なお文責は投稿者にあり、本学会はレターの内容に起因するトラブルには一切責任を負わないものとします。
投稿ご希望の方は投稿規定をご覧いただき、原稿（PDF）を指定送付先（※）までお送りください。

［1］ニュースレターの内容について▶ 学会からのお知らせ・学会誌新着情報
学会・学会事務局から会員への連絡事項。日本核磁気共鳴学会機関誌の新着情報。
▶ 若手研究者渡航費助成
若手研究者渡航費助成金（旧：京極記念基金）により参加された方の報告書。
▶ NMR 討論会・チュートリアルコース

NMR 討論会の発表・参加案内。チュートリアルコースの参加案内。若手ポスター賞応募方法など。
▶ 共催事業・学会・会議等開催案内
講演会・研究会のお知らせ。国際会議の開催案内、参加報告（内容・感想等）。研究室の訪問者による小規模セミナー等で部外者参加を歓迎される場合など。
▶ 求人
企業、研究機関等からの求人情報。博士研究員・教官等の公募案内。
▶ 研究支援情報
施設利用、教科書（※ 1）、機器提供（※ 2）、その他 NMR に関する研究支援情報（※ 3）。
※ 1： 新刊書の書評、最近読んだ興味深い論文の紹介。
。不用物品情報（譲り受け等の交渉に関※ 2： 新製品情報（新製品の紹介は賛助会員に限らせて頂きます）
しては直接当人同士でお願いします）。
※ 3：実験上のちょっとしたアイデア・工夫・ティップス、ソフトウエアの公開、出版はしないが報告しておきたい興味深い実験結果・スペクトル、研究に関する報告等。ただし、本レターはプライオリ
ティーを保証するものではありません。自己の責任においてご投稿ください。引用はニュースレター
内では自由ですが、他所で引用されたい場合はご本人の了解を得て私信として引用してください。

［2］原稿の書式について▶ 原稿（PDF）の長さは原則として A4 半ページ程度までとします。ただし、研究に関する報告、国際学会参加報告については 2 ページまでとします。
。2 行目にタイトルを書いて下さ▶ 書式：1 行目左端に日付（2009 年 4 月 1 日なら 2009/04/01 と書いて下さい）
NMR学会からのお知らせ

い。3 行目に所属・名前を書いて下さい。一行あけ、5 行目から本文を書き始めてください。フォントは角ゴシック体、サイズはタイトル 16 ポイント、他はすべて 12 ポイントとしてください。原稿（PDF）はそのま
ま本学会ホームページに掲載します。
▶ 送付：原稿（PDF）はメール添付ファイルで指定送付先（※）へお送りください。メールのタイトルは
ニュースレター としてください。
※指定送付先 kyoumei_postman@sci.hokudai.ac.jp （2017 年 4 月 1 日から）▶メールには原稿（PDF）を添付する以外に、メール本文には原稿の日付、タイトル、所属・名前をコピーし、一行あけて要約を記載してください。要約は会員メール案内用に使用します（若干編集する場合があ
ります）
。

126

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

日本核磁気共鳴学会会則
Magnetic Resonance Society of Japan）という。
第2条

本会は、核磁気共鳴に関する基礎・応用を停止、あるいは除籍に処することができる。
第 10 条 本会には、次の役員（理事、評議員）および会計監査をおく。

1. 理事 10 名以内（会長、副会長各 1 名を含む）

研究、並びに啓蒙・教育活動を推進し、我が国

ただし、会長の理事任期が 3 年目になる場合はにおける核磁気共鳴研究の発展に寄与すること

11 名以内。
2. 評議員 35 名以内（理事を含む）を目的とする。
第3条

本会は、学術集会の開催、会報の発行、その他前条の目的を達成するために必要な事業

第 11 条役員は一般会員の中から一般会員の投票により選出され、総会で承認を得るものとする。

を行う。
第 4 条 本会は、必要な地に支部を置くことができる。
第5条

3. 会計監査 2 名

理事は役員の互選により決定する。会長、副会
長は理事の互選による。会計監査は理事以外の本会の会員は一般会員、学生会員、賛助

一般会員の中から一般会員の投票により選出さ会員および名誉会員とする。

れる。役員の任期は 2 年とする。ただし、会長の

1. 一般会員および学生会員は核磁気共鳴に関す

任期は選出されてから 2 年とし、役員任期が 3 年る研究に従事、またはこれに関心を持つ個人となることを妨げない。会長は連続して再選されであって、本会の目的に賛同し、定められた会

ないものとする。ただし、非連続の再選はこれを費を納める者をいう。

妨げない。

2. 賛助会員は本会の目的に賛同し、定められた

第 12 条 会長は本会を代表して会務を総括する。

賛助会費 1 口以上を納める個人または団体をい第 13 条 会長は理事会の承認を得て諸業務担当のう。

幹事若干名をおくことができる。業務担当幹事は

3. 名誉会員は、我が国の磁気共鳴研究に特に功労のあった者から、理事会の推薦を経て総会の議決により決定する。
第6条

会員は本会の行う諸事業に参加し、本会が出版物を発行する際は配布を受けることができ会長を助け、本会の運営にあたる。
第 14 条副会長は会長を補佐し、会長が欠けたとき、または会長に事故があるときは会長の職務を代行する。
第 15 条理事は理事会の審議に加わるほか、会長を助けて会務を執行する。

る。
第 7 条 会員として入会しようとする個人または団

第 16 条評議員は評議員会の審議に加わり、会の体は、細則に定められた手続きに従って申込み、運営について評議する。また、理事会の諮問が会長の承認を得なければならない。

あった事項、その他必要と認める事項について

第 8 条 会員は下記の会費を納めるものとする。ただし名誉会員はこれを要しない。原則として、毎年 3 月 31 日までに次年度の会費を納入するものと助言する。
第 17 条会議を分けて、総会、評議員会、理事会の 3 つとする。
第 18 条 総会を分けて、通常総会と臨時総会とし、

する。
一般会員

年額

7,000 円会長がこれを召集してその議長となる。通常総

学生会員

年額

3,000 円会は毎年 1 回開催する。臨時総会は次の場合にこ

賛助会員

年間

一口以上（一口 50,000 円）

れを開く。

第 9 条 会員は会長に届け出て退会することができる。会費を滞納した会員、または理事会で理由をあげて本会の会員として適当でないと決議され（1）理事会が必要と認めた場合（2）一般会員の 3 分の 1 以上から議案を添えて請求があった場合

NMR 2017 8巻

第 1 条 本会は、日本核磁気共鳴学会（The Nuclear

た会員に関して、会長はそれらの者の会員資格

日本核磁気共鳴学会

日本核磁気共鳴学会規約

127

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

第 19 条

総会は一般会員の 5 分の 1 の出席により成立し、議事は出席者の過半数の同意を持って改定

2008 年 11 月 12 日決する。ただし、可否同数のときは議長がこれを第 10 条 評議員数、および第 11 条 会長の非決する。一般会員は総会における議決権の行使

連続選出についてを他の出席者に書面をもって委任することができ

改定

2009 年 11 月 11 日る。
第 20 条評議員会は会長がこれを招集して議長となる。評議員会は年 1 回以上これを開く。ただ第 10 条、第 11 条、第 12 条
改定

し、理事会が必要と認めた場合はこれを開かなければならない。
第 21 条細 則

評議員会は 2 分の 1 以上の出席がなければ開くことができない。ただし、出席者に書面をもって委任することができる。評議員会の議事は

第 1 章 会員

出席者の過半数の同意をもって決し、可否同数

第1条の場合は議長がこれを決する。
第 22 条

申込書に必要事項を記入し、会長に提出するも理事会は会長がこれを招集して議長となのとする。

る。理事会は会則に定めてある事項ならびに総第 2 章 総会

会および評議員会の執行について議決する。

第2条

第 23 条

総会の議案は会長が作成し、理事会の議

理事会は 3 分の 2 以上の出席がなければを経た後提出する。議案には前年度の事業内容

開くことができない。理事会の議事は出席者の過および収支決算、新年度の事業計画、および収半数の同意をもって決し、可否同数の場合は議

支予算を含むものとする。なお、一般会員の 3 分長がこれを決する。ただし、理事会に出席できなの 1 以上の賛成を得て、理事会に提案があった場

い理事はあらかじめ通知された事項について書

合には、これを最も近い総会の議題としなければ面をもって議決に加わることができる。理事会がならない。

あらかじめ通知していない事項について可決した

第 3 条 総会を開くときは、会長は予定された審議

場合は、これを欠席理事に通知しその賛否を求事項の内容を一般会員にあらかじめ通告しなけ

め、理事会の決議とすることができる。

ればならない。

第 24 条 理事会は年 1 回以上開催するものとする。

第 3 章 役員の選出

第 25 条

第4条

本会の会計年度は 4 月 1 日に始まり、翌年 3 月 31 日に終わる。
第 26 条

本会則の施行についての細則は別に定め、その変更は理事会の議決を経る。
第 27 条本会則の変更ならびに本会の解散は総会の議決を経る必要がある。
第 28 条

本会則は、2001 年 11 月 15 日より施行する。
NMR学会からのお知らせ

第 29 条 付則2004 年 4 月から 3 年間は経過的措置として、役員

毎年役員の半数を改選する。役員および会計監査の候補者は次のものの中から一般会員の投票によって選ぶ。

1. 立候補した一般会員
2. 一般会員が推薦した一般会員（以下会員推薦候補者）

3. 理事会が推薦した一般会員（以下理事会推薦候補者）

4. 会計監査と役員を兼ねることはできない。
第 5 条 役員および会計監査の投票は次のように行の半数の任期を 3 年とすることができる。

う。

2001 年 11 月 15 日

1. 理事会は役員および会計監査の立候補者、お日本核磁気共鳴学会総会議決

2002 年 4 月 1 日
制定

2002 年 11 月 7 日
改定

2003 年 11 月 26 日
128

本会に入会を希望する者は、所定の入会よび会員推薦候補者をつのり、理事会推薦候
補者とともに一般会員に公示し、一般会員の
投票 により役員および会計監査候補者を選ぶ。

2. 会長は一般会員の中から 2 名を選んで選挙管理委員を委嘱する。選挙管理委員会は選挙事務を行い、一部を選挙管理委員会管理の下に

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

業者に委託することができる。選挙管理委員

3. 役員は連続して 3 回まで、会計監査は連続して2 回まで選出されることができる。それぞれ退任後 2 年間は同じ役職に就任することはできない。すでに、上記の選出回数に達した者の氏名は選挙要項に公告される。

2003 年 11 月 25 日
改定

2005 年 6 月 25 日
改定

2007 年 5 月 12 日
改定

2008 年 4 月 29 日

数以内を選出、会計監査は得票者中の上位の第 5 条 -3 非選出期間の設定ならびに文言の修者より順に 2 名を選出する。同数得票者につい正。

ては選挙要項に従って順位を定める。

第 11 条

第 4 章 幹事

変更。

第6条

改定

会長は理事会の承認を得て、会員の中から、必要に応じて諸業務担当幹事を委嘱する。

プロアクティブの移転に伴う住所の2008 年 11 月 11 日

幹事の任期は 1 年とする。ただし、会長の任期内

第 6 条 幹事の選出、任期について

で延長を妨げない。

改定

第 5 章 学会機関誌編集委員会

2009 年 3 月 21 日

第 7 条 本学会に学会機関誌編集委員会をおく。

第 4 条、第 5 条

第8条

改定

学会機関誌編集委員長は会長が理事の中から指名し、理事会の承認をもって決定する。
第9条

学会機関誌編集委員は編集委員長が会員

2012 年 11 月 7 日
第 5 章 第 7, 8, 9 条 学会機関誌編集委員会の定の中から指名し、理事会の承認をもって決定す義について追加る。

改定

第 10 条 学会機関誌編集委員会は定期的に学会機関誌を発行し、会員に情報を発信する。

2013 年 3 月 17 日
第 5 章 第 10 条 学会機関誌編集委員の定義につ

第 6 章 事務所

いて追加

第 11 条 本会の事務所は次のところにおく。

改定

日本核磁気共鳴学会事務局

2014 年 3 月 9 日〒 650-0033 神戸市中央区江戸町 85-1

第 5 章 第 9 条と第 10 条の内容を交換

ベイ・ウィング神戸ビル 10 階改定（株）プロアクティブ内
第 12 条 年会費は（株）プロアクティブが指定する

選挙要項

方法により納入するものとする。
第 7 章 細則の変更

第 1 条 日本核磁気共鳴学会細則第 3 章に定める役

第 13 条 本細則の変更は理事会の議決による。

員および会計監査の選出が、円滑に行われるよ第 14 条うこの要項を定める。

本細則は、2001 年 11 月 15 日よりこれを実施する。ただし、本会発足時、第 1 回の役員の第2条

選挙管理委員会は役員および会計監査の選出および幹事の承認は総会で行うものとし、そ選挙を行うたびごとに設け、当選人を理事会へ

れらの任期は 2004 年 3 月 31 日までとする。

報告した時点で解散する。

2001 年 11 月 15 日
日本核磁気共鳴学会総会議決

2002 年 4 月 1 日
制定

2002 年 11 月 6 日
改定

2003 年 6 月 21 日

第3条

選挙管理委員会は委員の互選により委員長を定める。
第4条

選挙管理委員会は一般会員に対して役員

および会計監査選挙の告示を行う。
第5条

選挙管理委員会は役員および会計監査の立候補者、および会員推薦候補者の受付を一般会員に公示しなければならない。

NMR 2017 8巻

4. 役員は得票者中の上位の者より順に改選定員改定
日本核磁気共鳴学会

は被選挙権を有する。

129

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

第6条

役員および会計監査の候補者を推薦する

場合は、一般会員 1 名につき役員候補者は 3 名以

第 12 条

理事会における次期会長および次期副会

内、会計監査は 1 名を推薦することができる。役長の選挙は選挙担当理事が管理する。まず、次員候補者は 3 名以上推薦のあった会員を会員推薦

期会長の選挙を行い、その結果を踏まえて次期役員候補者とする。

副会長選挙を行う。次期会長、次期副会長の被第7条

選挙管理委員会は、候補者の氏名、その選挙権、選挙権は次年度の全理事にある。ただ他必要な事項を掲載した候補者名簿を作成し、し、現会長は会則第 11 条に基づき次期会長の被これを選挙用ウェブサイトに公表しなければなら

選挙権を持たない。副会長の任期は役員任期内ない。

とする。その後任の副会長の任期は会長の任期

第 8 条 投票は選挙用ウェブサイトで行う。投票用

終了までとする。選挙は無記名投票によって行

候補者リストより、役員は 10 名以内、会計監査う。開票は選挙担当以外の理事の立会いの下には 2 名以内を選ぶ。

行う。

第 9 条 開票は、選挙管理委員会がこれを行う。
第 10 条

第 13 条評議員および会計監査の選挙に関して疑義を生じたときは、選挙管理委員会の合議によっ

1. 評議員および会計監査は、得票数のもっとも多い候補者から、順次、会則第 10 条および細則第 5 条によって定められた定数までの候補者を当選とする。評議員、会計監査ともに当選圏内にある者は前者の当選者とする。

2. 末位に得票数の等しい候補者が 2 名以上あって決定し、理事会に報告するものとする。

2003 年 6 月 21 日
制定

2009 年 3 月 21 日
第 6 条、第 10 条
改定たときは、選挙管理委員会はこれらを併記して第 11 条、第 12 条

理事会に報告する。これらの候補者の当落は追加

理事会が決定する。
第 11 条評議員会における理事の選挙は選挙担当

理事が管理する。新理事の被選挙権は次年度役

2009 年 7 月 11 日
第 13 条改定員に選ばれた評議員にのみある。選挙権は次年2012 年 7 月 14 日

度の全評議員にある。選挙は 5 名連記の無記名

第 7、8 条

投票によって行い、定数および次点を決定する。

改定

開票に当たっては被選挙権を有しない評議員がNMR学会からのお知らせ
130

立ち会う。

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8（2014 年 9 月 30 日改訂）
日本核磁気共鳴学会機関誌（NMR 学会誌）は、主⃝ NMR 基礎講座
主に NMR 討論会のチュートリアル講演者などに交流を目的とした会員サービスを提供します。会員

よる NMR の基礎の解説。4,000 〜 10,000 字、2 〜の皆様からは、下に示す原稿の分類のうち、会長

4 ページ（図、表を含む）。

メッセージと巻頭エッセイを除外した原稿の投稿を⃝技術レポート

歓迎します。また、解説、トピックス、技術レポー

NMR の装置や測定方法の開発に関するレポー

トには、非会員の方からの投稿も受け付けます。たト。4,000 〜 8,000 字、2 〜 4 ペ ー ジ（ 図、 表 を 含

だし、投稿原稿の採択の可否は、編集委員の査読

む）。

結果をもとに編集委員会で決定します。また、掲載⃝ NMR 便利帳

された著作物の著作権は、本学会に帰属するものとします。

NMR 実験に便利な装置（ハードウェア）や実験
方法・解析（ソフトウェア）の工夫、安全衛生（磁原稿は下に示す原稿作成要領を参考に作成し、場、高圧、高電圧、酸欠、毒物劇物）などに関する

NMR 学会ホームページのトップページ（ http://

分かりやすい解説。4,000 〜 6,000 字、2 〜 3 ページ

www.nmrj.jp/index.php）にある NMR 学会誌ペー（図、表を含む）。

ジの原稿投稿フォームから投稿して下さい。図や表⃝海外学会参加報告

を他の文献から引用して使用する場合には、投稿

主に、若手研究者渡航費助成金受領者による寄前に著作権所有者から使用許可を得た上で、原稿稿。NMR ニュースレターとして公開される報告書で投稿フォームから原稿と共に使用許可書（PDF）をも可。会員からの寄稿も歓迎します。2,000 〜 4,000

提出して下さい。

字、1 〜 2 ページ（図、表を含む）。
⃝ NMR 研究室便り

原稿の分類⃝会長メッセージ

NMR 学会会長からのメッセージ。2,000 字以内、

主に NMR を使って研究を行っている大学や公的機関、企業の開発室が、研究テーマ、構成員、特徴など、研究室の内容を紹介する。2,000 〜 6,000

1 ページ。

字、1 〜 3 ページ（図、表を含む）。

⃝巻頭エッセイ⃝若手 NMR 研究会だより

主に NMR 討論会特別講演者からの寄稿。NMR

若手 NMR 研究会の主催者による研究会報告、参学会、NMR 討論会との関わりなどについてのエッ加者の報告、講演者の要旨の寄稿。4,000 〜 8,000

セイ。NMR 討論会の講演要旨と同一でも可。2,000

字、2 〜 4 ページ（図、表を含む）。

〜 4,000 字、1 〜 2 ページ（図表を含む）。
⃝解説

原稿作成要領著者の研究成果および関連分野の現状の分かり・和文は明朝体、英文は Times のフォントを用い、やすい解説。8,000 〜 16,000 字、4 〜 8 ページ（図、

表題は 14 ポイント、本文は 12 ポイントで、doc

表を含む）
。

または docx ファイルで作成してください。

⃝トピックス
数年以内に発展した新しい NMR の展開についてのミニレビュー。 4,000 〜 8,000 字、 2 〜 4 ページ（図、表を含む）。
⃝研究報告
会員が単著あるいは共著（非会員でも可）で投稿するオリジナル研究報告。6,000 〜 12,000 字、3 〜

6 ページ（図、表を含む）。

・原稿は、表題、執筆者氏名・所属、本文、引用
文献、表、図の順番にまとめ、1 つのファイルとして提出して下さい。
・巻頭エッセイ、解説、トピックス、研究報告、

NMR 基礎講座、技術レポート、NMR 便利帳の執筆者は、略歴と顔写真のファイルを提出してください。
・図は、TIF, JPG, PDF ファイルで 600 dpi 以上の解NMR 2017 8巻に NMR に関する情報を公開し、会員の皆様の学術

日本核磁気共鳴学会

日本核磁気共鳴学会機関誌投稿規程131

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

像度で作成してください。
・図、表には、番号を付すと共に、それぞれの説明を記入してください。
・引用文献は、次を参考にして書式を統一して下さい。

1）Javkhlantugs, N., Naito, A., and Ueda, K.,（2011）
Molecular dynamics simulation of bonbolitin
II in the dipalmitoylphosphatidylcholine mem-

NMR学会からのお知らせ
132

brane bilayer. Biophys. J. 101, 1212-1220.
2）内藤 晶（2011）光センサータンパク質の情報伝達機能．化学 66, 68-69.

3）Saito, H., Ando, I, and Naito, A.（2006）Solid
State NMR Spectroscopy for Biopolymers.
Principles and Applications. pp. 1-464, Springer,
Dordrecht.

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

昭光サイエンス株式会社
株式会社 JEOL RESONANCE
株式会社シゲミジャパン

スーパーコンダクタ

テクノロジー株式会社

大陽日酸株式会社
ブルカー・バイオスピン株式会社

平成 29 年 9 月 1 日現在の本学会賛助会員は、上記の通りです。
本学会の事業への御賛助に対して、厚くお礼申し上げます。

NMR 2017 8巻

味の素株式会社

日本核磁気共鳴学会

賛助会員名簿133

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

日本核磁気共鳴学会機関誌編集委員会委員名簿（2017 年度）

委員長

浅野 敦志

防衛大学校

副委員長

池上 貴久

横浜市立大学

吉水 広明

名古屋工業大学

浅川 直紀

群馬大学

恩田 光彦

株式会社三井化学分析センター

梶

京大化研

委 員

NMR学会からのお知らせ
134

弘典

金橋 康二

新日鐵住金株式会社

北原

立命館大学

亮

児嶋長次郎

横浜国立大学野村

公益財団法人サントリー生命科学財団

薫

橋本 康博

旭化成株式会社

福士 江里

北海道大学

村上 美和

京都大学

山本 泰彦

筑波大学

BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN 2017 Vol.8

NMR 学会機関誌第 8 巻を会員の皆様方にお届けします。お忙しい中、第 8 巻の原稿に時間を割いてご執筆いただいた諸先生には、編集委員を代表しまして心よりお礼申し上げます。本巻の編集作業も編集委員の力添えで無事完了することが出来ました。これまでの NMR 学会機関誌同様、本巻も充実の内容となっていると自負しております。会員の皆様には、ぜひお手に取っていただき、お楽しみいただければと思います。
布は、原則、受領を希望する会員に限らせていただいております。冊子体の代わりに PDF 形式を希望する会員へは、NMR 学会の Web ページからダウンロードできる体制を整えております。全ページ版の高解像度

PDF も試験的に提供しています。
今号では、4 件の NMR 研究室だよりを掲載いたしました。これまでは研究室だよりの著者を紹介していませんでしたが、今回、他の記事同様、ご執筆いただいた著者の写真と抄歴を「試験的に」紹介させていただ
きました。この形式が好評を得るようでしたら、今後投稿規定の改定を経て継続していきたいと考えております。賛否両論ご意見いただければと思います。
最後になりましたが、株式会社クバプロ様および株式会社プロアクティブ様には NMR 学会機関誌第 8 巻
発行に向けて多大な御尽力をいただきましたことに対し、心より感謝申し上げます。会員の皆様には、今後
とも NMR 学会機関誌の発展にさらなる御協力をお願い申し上げ、私のあいさつとさせていただきます。

2017 年 10 月 NMR 学会誌編集委員長 浅野敦志
E-mail: asanoa@nda.ac.jp

NMR 学会誌アーカイブ http://goo.gl/UXpAJi

NMR
BULLETIN OF THE NUCLEAR
M AG N E T I C R E S O N A N C E S O C I E T Y O F J A PA N

Vol.8
2017 年 10 月 20 日発行
発

行：日本核磁気共鳴学会

編

集：NMR 学会機関誌編集室

株式会社クバプロ〒 102-0072 東京都千代田区飯田橋 3-11-15

TEL：03-3238-1689 FAX：03-3238-1837

NMR 2017 8巻

NMR 学会機関誌は、冊子体および PDF 形式で会員の皆様に配布しておりますが、第 5 巻から冊子体の配日本核磁気共鳴学会

編集後記

135

学生実験や確認試験に最適 !!

卓上 型 NMR
卓上型
卓
NMReady✔ オールインワン設計✔ タッチパネルで直感的に操作✔ 7Li, 11B, 13C, 19F, 31P の多核種に対応● 1 核種モデルNMReady60e (1H または 19F)

● 2 核種モデルNMReady60Pro (1H/7Li, 11B, 13C, 19F, 31P)

仕様
動作周波数

60 MHz

測定項目

1D, JRES, COSY, DEPT,
T1, T2, Nutation

寸法٥重量30×28×49 cm, 25 kg

動作環境

冷媒不要 He フリー
18~26℃
1.5℃以内 / 時間あたり

グローブボックス内での操作

測定例：イブプロフェン H-NMR
濃度 : 0.25 M, 測定時間 : 1.2 分
1マイクロフロー合成系【製品の詳細情報へ】

M u t u a l

S a t i s f a c t i o n

社 : 〒134-0088 東京都江戸川区西葛西 6 -18 -14 T. I. ビル

TEL : 03-3686-4711

FAX : 03-3686-0831

大阪営業所 : 〒532-0003 大阪市淀川区宮原 4 -1- 46 新大阪北ビル

TEL : 06-6393-7411

FAX : 06-6393-7055

本URL

http://www.tokyoinst.co.jp/

No.A-NNMR-3601A.2017-0810

PHOENIX HXY PREMIUM PROBE

HXYプレミアムプローブはプローブヘッドとプローブベース
が分割され、プローブヘッドを交換することにより数種類のサンプル径に対応します。プローブヘッドの交換はお客様自身で交換できる設計となっております。
HiBand:H1-F19,Midband:P31-N15,Loband:P31-N15の測定
核チューニングが可能。オプションによりHiBandポートを
H1,F19のダブルチューニング仕様にもカスタマイズできます。
対応サンプル径:1.2mm,1.6mm,3.2mm,4.0mm,5.0mm,6.0mm,7.5mm
対応周波数：400MHz~900MHz

PHOENIX HX PROBE

HXプローブはSolid T3タイプのプローブとなります。
Chemagnetic社、VARIAN/AGILENT社、JEOL社CMXで採用されていたSolidT3プローブタイプの2チャンネル専用
プローブです。
HiBand:H1-F19,LoBand:P31-N15の測定核チューニングが可能。オプションによりHiBandポートをH1,F19のダブル
チューニング仕様にもカスタマイズできます。
対応サンプル径:1.2mm,1.6mm,3.2mm,4.0mm,5.0mm,6.0mm,7.5mm
対応周波数：300MHz~900MHz

JTEバルテック社では上記製品取り扱い及び、Solid T3タイププローブの修理調整を行っております。
オプション品、ケーブル等の修理調整にも対応させていただいております。
T3プローブ用サンプルアセンブリー、サンプルパッキングシステム等も取り扱っております。

JTEバルテック株式会社〒252-0425 /本社
神奈川県相模原市田名塩田1-17-17
TEL:042-772-6284/FAX:042-711-8647〒564-0052 /大阪オフィス
大阪府吹田市広芝町8-12 第3マイダビル304
TEL:06-4860-6501/FAX:06-4860-6502
お問合せE-Mail : info@vartec.co.jp

URL:VARTEC.CO.JP

【標準液】内標準法及び外標準法として使用することができる標準液です。
041-33641

DSS-d₆標準液（500mg/l重水）

定量NMR用

1ml×5A【標準品】標準物質を用いて定量NMR法によって値付けされた標準品です（※含量値には不確かさがついています）。
207-20411

1,3,5-トリメトキシベンゼン標準品

定量NMR用500 mg204-20421

トリフェニルメタン標準品

定量NMR用500 mg028-19011

安息香酸標準品

定量NMR用500 mg166-27911

フタル酸水素カリウム標準品

定量NMR用500 mg046-34171

テレフタル酸ジメチル標準品

定量NMR用500 mg

⽂部科学省
先端研究基盤共⽤促進事業（共⽤プラットフォーム形成⽀援プログラム）

NMR共⽤プラットフォーム

ご利⽤案内

NMR共⽤プラットフォームでは、参画機関が保有するNMR装置を産業界・アカデミアに開放しております。

【公募期間】1⽉9⽇〜2⽉9⽇

NMR技術領域の拡⼤発展に寄与する利⽤課題を対象とし、最先端のNMR装置を利⽤した先端的かつ新規の測定技術の開発や、NMR共⽤プラットフォーム全体における測定技術等の向上を⽬指した課題を募集します。

NMR装置⼀覧や応募⽅法等の詳細はWebサイトをご覧ください
URL： http://nmrpf.jp/◆ご利⽤前の相談も随時、承ります。
NMR共⽤プラットフォーム

検索

各機関では、このほか独⾃の利⽤枠を設けております。

“最先端”装置・技術を核として、“開発”と”利⽤”を橋渡しし、”知”を蓄え”⼈”を育てます
⽇本のNMR研究開発の持続的な維持・発展を先導する技術プラットフォームとなることを⽬指します。
理化学研究所、横浜市⽴⼤学、⼤阪⼤学、北海道⼤学の４機関がプラットフォームを構築し、先端的なNMR設備を産官学の皆様に広くご利⽤いただくことを⽬的としています。

NMRのプロフェッショナルが豊富な経験に基づいて、皆様の研究をサポートいたします。
◇NMR施設紹介（装置⼀例） この他にも多種多様なNMR装置、 NMRプローブを取り揃えております。
横浜市⽴⼤学
理化学研究所世界最⼤規模のNMR装置集積台数を誇り、溶液・固体
NMRにおけるアクセサリーの充実とNMR⽴体構造解析
パイプラインで多様な試料測定に対応可能。

600MHz溶液NMR
DCH 13C⾼感度測定

900MHz固体NMR
⾼速MAS

NMR⽴体構造解析
パイプライン

950MHz溶液NMRや700MHz固体DNP-NMRなど世界最⼤級・世界最⾼性能の装置群で、装置開発から創薬まで幅広くサポート。

参画機関

◎代表機関
○実施機関
協⼒機関

950MHz溶液NMR

950MHz溶液NMR、 800MHz溶液NMR
700MHz溶液LC-NMR
LC-NMR、固体NMR 最⼤480本オートサンプラー 最⼤60本オートサンプラー

北海道⼤学先端NMR

⼤阪⼤学蛋⽩質研究所

700MHzDNP固体NMR
⾼速MAS

世界最⾼レベルの共⽤装置：通常の溶液NMRに加えて
LC-NMR、固体NMR、オートサンプラー測定により多くの企業の成果に活⽤された豊富な実績。

400MHz溶液NMR
19Fスクリーニング

北⽇本最⼤のNMR施設として研究・産業分野の幅広い
NMR測定のニーズに答えます。

800MHz溶液NMR
ランタニドプローブ

600MHz固体NMR
⾼速MAS、FG-MAS

装置実習、教育プログラム

国⽴研究開発法⼈ 理化学研究所（ライフサイエンス技術基盤研究センター）
公⽴⼤学法⼈ 横浜市⽴⼤学（⼤学院⽣命医科学研究科⽣命医科学専攻）
国⽴⼤学法⼈ ⼤阪⼤学（蛋⽩質研究所）
国⽴⼤学法⼈ 北海道⼤学（先端⽣命科学研究院）
NMR共⽤プラットフォームポータルサイト
⽇本電⼦株式会社、ブルカー・バイオスピン株式会社
URL： http://nmrpf.jp/

広告掲載一覧（順不同）

日本電子株式会社
株式会社エルエイシステムズ
株式会社シゲミ
大陽日酸株式会社
株式会社 東京インスツルメンツ

JTE バルテック株式会社
株式会社システムプラス
和光純薬工業株式会社
ブルカー・バイオスピン株式会社
文部科学省 先端研究基盤共用促進事業
NMR 共用プラットフォーム

本学会機関誌への御賛助に対して、厚く御礼申し上げます。