National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
National Institute of Radiological Science: NIRS-Repository / 放射線医学総合研究所 学術機関リポジトリNot a member yet
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Tracking Ferroelectric Domain Formation in 100 nm BaTiO₃ using Bragg-CDI
No full textWe tracked the emergence of ferroelectric domains in a single 100 nm BaTiO₃ nanoparticle during the cooling process by Bragg-CDI. Through three-dimensional reconstruction of the electron density and phase distribution, we revealed the early evolution of the ferroelectric domains, providing new insights into the ferroelectric behavior of nanoparticles.1000テスラ科学 第5回領域会議conference poste
リラクサー強誘電体PMN-PTの高温相における立方晶構造の不均一性
No full textリラクサー強誘電体は，広い温度範囲で散漫に相転移し，誘電率がAC電場の周波数に大きく依存することで知られる物質である。こうした性質の起源として，Burnsらは常誘電相中から現れる局所的な微小分極領域；Polar Nano Region (PNR)の概念を提案した[1]。しかしPNRの物理的起源は未解明であり，リラクサーの基礎研究は今日に至るまで続いている。ペロブスカイト型酸化物ABO3を用いたリラクサー研究では，リラクサーのもつ“本質的に乱れた構造”の起源として，例えば，Aサイトイオンの構造ゆらぎ（オフセンター），またはBサイトイオンの結晶中の配列が注目されてきた。前者は，Aサイトイオンが特定の方向にオフセンターし，そうした単位格子が局所的に集まることで分極領域を形成するという考えである。また後者は，BサイトにMg, Nbなど，異なる種類のイオンがランダムに配列するとき，局所的には規則配列をすることによって他の領域と区別される領域（Chemical Ordered Region; COR）が誕生するというモデルに基づいたものである。これまでに私たちの研究グループは，このうちAサイトイオンの構造ゆらぎに着目し，600 K の常誘電相におけるPb(Mg1/3Nb2/3)O3（PMN）の結晶構造を電子密度レベルで可視化した結果を報告した[2]。そこでは，常誘電相中にPbイオンのオフセンター方向が異なる二つの立方晶が共存するモデルを提案している。一方は等方的なオフセンターをし，もう一方は方向に偏ったオフセンターをしていることから，低温の強誘電相（菱面体晶相）のエンブリオに相当する領域（今の場合方向オフセンターの領域）の存在を，常誘電相中に見出したと考えた。本研究では，PTを固溶させた(1-x)PMN-xPT (x = 0 ～ 0.3)に対しても，PMNと同様に二つの立方晶構造が常誘電相で共存するかどうかを検証し，構造みだれとリラクサー的性質の発現との関係を常誘電相の結晶構造から議論するために，放射光粉末X線回折実験を行った。第42回強誘電体会議（FMA42）conference presentatio
Monochromatic Neutron Diffractometers for Protein Crystallography at Present and in the Future in Japan
No full textIn Japan, two protein diffractometers using monochromatic neutron beams, BIX-3 and BIX-4, are operated in the research reactor, JRR-3. The BIX-3 uses thermal neutrons and is equipped with a double-bunk monochromator system where Si (111) and Si (311) monochromators are arrayed at the bottom and top bunk, respectively. This system contributed to the successful determination of a protein structure with sub-angstrom resolution. The BIX-4 uses cold neutrons and is equipped with a variable wavelength selection system suitable for use with an optimal wavelength depending on crystal quality and/or lattice length. This talk will also present a brief introduction to a plan to install new diffractometers in a new research reactor to be constructed at the “Monju” site.第63回日本生物物理学学会年会conference presentatio
実用的な新技術「BLOC」による多様な生体模倣システムの開発
No full text新薬の前臨床試験は動物実験に依存している。しかし動物実験はヒトの反応を正確に再現できないため、臨床試験での失敗率が高く、新薬開発の遅れに繋がっている。そこで迅速かつ正確な薬剤評価モデルとして、ヒトiPS細胞から作製したオルガノイドを流路連結した、生体模倣システム (MPS) の開発が進められているが、従来装置は特定の試験以外に使用できず、汎用性や拡張性が低いという課題があった。そこで本研究では、ユーザが要求するMPSを自在に構築できる「Buildable and Linkable Organ on a Chip (BLOC)」を開発した。BLOCは、オルガノイドの培養、培地や試薬の送液制御、成分解析のいずれか1つの機能を持つ。各BLOCをジョイント連結することで、様々な機能性デバイスを構築できる。BLOCの構築例として、6つの培養用BLOCを連結した灌流培養デバイスを作製し、6種類のオルガノイドを用いた24時間の灌流培養に成功した。さらに、培養、制御 、解析用BLOCを連結し、培養上清中の標的タンパク質を自動検出できるELISAデバイスを構築した。ELISAデバイスを用い、心臓オルガノイドに対するアクリルアミドの毒性を評価した。その結果、死細胞マーカであるGAPDHの特異的な検出に成功した。ユーザに最適なMPSを迅速に提供可能なBLOCは、創薬・医療分野における強力なツールとなる。第64回日本生体医工学会大会conference presentatio
パルスESR法を用いたヒドロキシアルカン系ラジカルの2,2'-[チオカルボニルビス(スルファンジイル)]ジプロピオン酸への付加反応観測
No full textトリチオカルボナート型の化合物は、RAFT剤としてよく使われる試薬で、この化合物へのラジカル付加反応によってリビングラジカル重合が開始する。RAFT剤の関与する重合の制御メカニズムを明らかにするためには、重合における素反応過程の観測が重要である。そこで本研究では、トリチオカルボナート型化合物として表題化合物を用い、光重合でよく使われるヒドロキシアルカン型のラジカルが付加反応する過程をレーザーと同期したパルスESR法によって観測し、反応中間体の分光学的な同定を行った。また、最近我々が開拓しているスピンエコー観測に基づく反応速度定数決定法を適用し、付加反応速度定数を求めた。第19回分子科学討論会conference poste
いよいよ運用を開始した3GeV高輝度放射光施設NanoTerasu
No full textNanoTerasuでは3月より共用ビームラインの本格共用利用が開始された。本講演では次世代の分析技術のプラットフォームとして期待されている3GeV高輝度放射光施設NanoTerasuおよびその共用ビームラインについて、特徴や現在の整備状況などを紹介する。プラズマ分光分析研究会 第125回講演会conference presentatio
キレートディスクに吸着させたウランの可搬型装置によるEDXRF分析
No full text【緒言】試料溶液中の分析対象元素を何らかの吸着材に吸着させ，その吸着材そのものを蛍光X線 (X-ray fluorescence: XRF) 分析することにより，通常のXRF分析でよりも微量の元素が検出可能となる．本研究では，イミノ二酢酸キレートディスク (キレートディスク) に着目し，溶液中のウランを13 mm径に切り出したキレートディスクに通液して吸着させ，可搬型のエネルギー分散XRF (Energy dispersive XRF: EDXRF) 分析装置で分析した．【実験】13 mm径に切り出したキレートディスクを先行研究1)と類似した手法でコンディショニングした．これに，ウラン含有多元素標準溶液XSTC-4304 (Cs, Ce, Sm, Eu, Pa, Th, Uを10 μg/mLずつ含む) とXSTC-4305 (Zrを10 μg/mL含む) の混合溶液の各種希釈液 (U含有量 0, 50, 100, 150, 200, 250, 300 ng, 各n = 6)を通液してウランを吸着させ，可搬型EDXRF分析装置MESA-50 (堀場製作所) でEDXRF分析した．測定条件は，管電圧50 kV，管電流200 μA，一次X線フィルター素材はニッケル，測定時間は300秒とした．【結果と考察】EDXRFスペクトルには明瞭なU Lα線が観測された．これに対し，従来と同様の方法3)でピークフィッティングを行い，U Lα線のネット信号強度と，そのエネルギー領域のバックグラウンド信号強度を得た．U Lα線のネット信号強度はウラン量に比例し，また，得られた検出下限は約20 ngだった．これは，卓上型EDXRF装置における我々の結果1)と比較して，約2倍に相当する．このように検出下限が卓上型装置の場合よりも悪化したのは，MESA-50が可搬型装置であり，X線管出力が卓上型装置よりも低いためと考えられる．それでも，試料溶液を50 mLとした場合の検出下限濃度は0.4 ng/mLであり，EDXRF分析としては極めて良好な結果と言える．本研究は，原子力規制研究技術基盤構築事業費補助金（原子力規制研究の強化に向けた技術基盤構築事業）に基づいて行われた．1)吉井裕, 王慧, 柳澤右京, 松山嗣史, 酒井康弘, X線分析の進歩, 2025, 56, 219.2)吉井裕, 柳澤右京, 松山嗣史, 酒井康弘, 分析化学, 2024, 73, 359.日本分析化学学会 第85回分析化学討論会conference presentatio
Analyzing the photoactivation mechanism of photoactivated adenylate cyclase OaPAC by hybrid QM/MM simulation
No full textOaPAC is a photoactivated cAMP synthase consisting of two peptides, each of the photoreceptor and enzyme domains, via long coiled-coil helices called 3 [1,2]. It is thought that during photoactivation, the hydrogen bonding network reorganization between Tyr6, Gln48, and chromophore and keto-enol tautomerization of Gln48 occur in the photoreceptor domain [3,4]. However, the free-energy profile of the photo-isomerization reaction and how the structural change in the photoreceptor domains propagate and control the catalytic domains upon photoactivation have yet to be understood.Quantum Innovation 2025（QI2025 ）conference poste
レーザーコンプトンガンマ線を用いたPb-206の共鳴吸収測定
No full text分子科学研究所UVSOR施設において、レーザーコンプトンγ線を用いたPb-206の透過型の核共鳴蛍光散乱（NRF）実験を行った。実験では、散乱ターゲットを室温にして、吸収ターゲットの温度を室温と液体窒素温度で測定を行った。その結果、Pb-206の既知の双極子遷移による共鳴γ線7本を観測した。また、それぞれの温度での共鳴吸収の大きさを求めた。一方、PHITS-NRFコードに改良を加え、崩壊幅、散乱断面積や反跳エネルギーの再現性を確認し、共鳴吸収の計算を行った。本発表では、Pb-206の透過型NRFの実験結果とPHITS-NRFコードを用いた透過型NRFのシミュレーション結果について報告する。日本原子力学会 2025年秋の大会conference presentatio
Development of a high-resolution, portable, and axially long small animal PET with TOF-DOI detectors
No full text[Background] In preclinical small animal PET, high spatial resolution is essential for the accurate evaluation of tiny structures such as mouse brain and tumor microenvironment. In addition, a long axial field-of-view (FOV) is required for visualizing the whole-body pharmacokinetics at a single scan. Furthermore, a wide gantry bore (a wide ring diameter) is better for wide-range applications from rodent to non-human primate imaging. To meet these demands, we have developed a high-resolution and large FOV small animal PET, Mirai-PET. Its key feature is our original crosshair light-sharing (CLS) detector that can measure time-of-flight (TOF) and depth-of-interaction (DOI) information. This study reports the performance characteristics of Mirai-PET by phantom and animal imaging demonstration.[Methods] We selected Ce:LuxGd2-xSiO5 (LGSO) as a scintillator material because of its high detection efficiency and short decay time. Each crystal element size was 1.45×1.45×15 mm3 (scintillator pitch: 1.6 mm). A silicon photomultiplier (SiPM) of 8×8 array (3×3 mm2 pixel, 3.2 mm pitch) was connected to the 14×14 array of the crystals. Four crystals attached to a single SiPM pixel. DOI information was obtained from the output ratio of two neighboring SiPMs (Yoshida, et al. Biomed Phys Eng Express. 2023). The number of the detector block was 126, the ring diameter was 170 mm, and the axial FOV was 156 mm. All the components including the data acquisition system and a power supply unit were on a compact pushcart for portability, and the entire system can be moved by one person. Performance characterization was performed according to the NEMA NU4 and NU2 standards. Mouse and rat whole-body imaging and rhesus monkey brain imaging were conducted for demonstration. [Results] The spatial resolution at the near center was 1.4 mm with the filtered backprojection reconstruction. Some 0.75 mm rods and all 1.0 mm rods (even at the 50 mm offset) were resolved with the ordered-subset expectation-maximization reconstruction. The peak noise-equivalent count rate (NECR) was 103 kcps at 28.3 MBq for the mouse-sized scatter phantom. The TOF resolution was 231 ps. Total-body dynamic 18F-FDG uptake changes were visualized in mouse 18F-FDG imaging. In mouse and rat 18F-NaF imaging, the bone structures of the total-body uptakes in the mouse and the uptakes from the head to pelvis in the rat were clearly visualized. In monkey brain 18F-FDG dynamic imaging, the gray matters, striatum and putamen were identified with high contrast. [Conclusion] We developed the Mirai-PET: a high-resolution, portable and axially long FOV small animal TOF-DOI PET system. Excellent imaging performance for rodents and non-human primates were shown.SNMMI 2025 Annual Meetingconference presentatio