Nitrogen K-edge X-ray absorption near edge structure of pyrimidine-containing nucleotides in aqueous solution

島田 紘行*; 南 寛威*; 奥泉 直人*; 佐久間 一郎*; 鵜飼 正敏*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳; 福田 義博*; 斎藤 祐児

Journal of Chemical Physics, 142(17), p.175102_1 - 175102_9, 2015/05

AA2015-0073.pdf:1.15MB

https://doi.org/10.1063/1.4919744

X-ray absorption near edge structure (XANES) was measured at energies around the N K-edge of the pyrimidine-containing nucleotides cytidine 5'-monophosphate (CMP), 2'-deoxythymidine 5'-monophosphate (dTMP), and uridine 5'-monophosphate (UMP) in aqueous solutions and in dried films under various pH conditions. The features of resonant excitations below the N K-edge in the XANES spectra for CMP, dTMP, and UMP changed depending on the pH of the solutions. The spectral change thus observed is systematically explained by the chemical shift of the core-levels of N atoms in the nucleobase moieties caused by structural changes due to protonation or deprotonation at different proton concentrations. This interpretation is supported by the results of theoretical calculations using density functional theory for the corresponding nucleobases in the neutral and protonated or deprotonated forms.

Nitrogen K-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) spectra of purine-containing nucleotides in aqueous solution

島田 紘行*; 深尾 太志*; 南 寛威*; 鵜飼 正敏*; 藤井 健太郎; 横谷 明徳; 福田 義博*; 斎藤 祐児

Journal of Chemical Physics, 141(5), p.055102_1 - 055102_8, 2014/08

https://doi.org/10.1063/1.4891480

The N K-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) spectra of the purine-containing nucleotide, guanosine 5'-monophosphate (GMP), in aqueous solution are measured under various pH conditions. The spectra show characteristic peaks, which originate from resonant excitations of N 1s electrons to orbitals inside the guanine moiety of GMP. The relative intensities of these peaks depend on the pH values of the solution. The pH dependence is explained by the core-level shift of N atoms at specific sites caused by protonation and deprotonation. The experimental spectra are compared with theoretical spectra calculated by using density functional theory for GMP and the other purine-containing nucleotides, adenosine 5'-monophosphate, and adenosine 5'-triphosphate. The N K-edge XANES spectra for all of these nucleotides are classified by the numbers of N atoms with particular chemical bonding characteristics in the purine moiety.

Observation of cleavage in DNA and nucleotides following oxygen -shell ionization by measuring X-ray absorption near edge structure

藤井 健太郎; 福田 義博; 横谷 明徳

International Journal of Radiation Biology, 88(12), p.888 - 894, 2012/12

https://doi.org/10.3109/09553002.2012.703363

To evaluate DNA damage caused by irradiation with soft X-rays, we measured spectra of the X-ray absorption near edge structure (XANES) of DNA and nucleotide films exposed to monochromatic soft X-rays. Calf Thymus DNA and nucleotides films were used as samples. Spectral changes in XANES around the N -shell and O -shell were observed as a result of irradiation with 560 eV soft X-rays from beamline BL23SU at SPring-8. The observed spectra show the initiation of the new products and the dissociation of molecular structure of the DNA and nucleotides by the irradiation. Results suggest that the major reactions due to irradiation with soft X-rays are deprotonation of nucleobases and decomposition of furanose rings at DNA deoxyribose sites.

Nanomodification of gold surface by picosecond soft X-ray laser pulse

Norman, G.*; Starikov, S.*; Stegailov, V.*; Fortov, V.*; Skobelev, I.*; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 保 智己*; 加藤 義章*; 石野 雅彦; et al.

Journal of Applied Physics, 112(1), p.013104_1 - 013104_8, 2012/07

https://doi.org/10.1063/1.4731752

It was shown experimentally the possibility of nanostructuring (about 20 nm) of gold surface by picosecond soft X-ray single pulse with low fluence of 20 mJ/cm. The nanometer-scale changes of the surface structure are due to the splash of molten gold under fluence gradient of the laser beam. In addition, the ablation process occurs at slightly higher fluence of 50 mJ/cm. The atomistic model of ablation is developed that reveals that the low threshold fluence of this process is due to the build-up of the high electron pressure and the comparatively low electron-ion energy relaxation rate in gold.

Quasi-monochromatic pencil beam of laser-driven protons generated using a conical cavity target holder

西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 榊 泰直; 小倉 浩一; Esirkepov, T. Z.; 谷本 壮; 金崎 真聡; 余語 覚文; 堀 利彦; 匂坂 明人; et al.

Physics of Plasmas, 19(3), p.030706_1 - 030706_4, 2012/03

https://doi.org/10.1063/1.3697843

2J 60fsのチタンサファイアレーザー光を、コニカル形状を持ったターゲットホルダに装着したターゲットに照射することによって、7MeVのコリメートされた陽子線(個/spot)を生成することに成功した。ターゲットホルダ上に陽子に前駆して発生する電子によって生成される電場が陽子線の軌道を変え、エネルギー選択をも行うと考えられる。

Recent progress in the energy recovery linac project in Japan

坂中 章悟*; 明本 光生*; 青戸 智浩*; 荒川 大*; 浅岡 聖二*; 榎本 収志*; 福田 茂樹*; 古川 和朗*; 古屋 貴章*; 芳賀 開一*; et al.

Proceedings of 1st International Particle Accelerator Conference (IPAC '10) (Internet), p.2338 - 2340, 2010/05

http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/IPAC10/papers/tupe091.pdf

日本においてERL型放射光源を共同研究チームで提案している。電子銃,超伝導加速空洞などの要素技術開発を進めている。また、ERL技術の実証のためのコンパクトERLの建設も進めている。これら日本におけるERL技術開発の現状について報告する。

精密X線光学系による放射光実験用単結晶材料の結晶性評価

桐山 幸治; 三井 隆也; 福田 義博

JAEA-Technology 2009-035, 24 Pages, 2009/07

JAEA-Technology-2009-035.pdf:4.07MB

放射光実験で用いられる分光結晶には単結晶が用いられ、その単結晶には高い結晶性が要求される。そのため、実験で利用する単結晶の光学的性能を見極めて、その有効性を図るために、事前に簡便かつ迅速に結晶性を定量評価しておく必要がある。そこでわれわれは量子ビーム応用研究部門・放射光科学研究ユニット内においてX線発生装置を用いた精密X線光学系を組立て、上記の結晶を一例とするさまざまな結晶の結晶性を評価することができるシステムを立ち上げた。このシステムにおいては、最小で試料サイズが数10m程度の試料を測定可能で、1''以下での角度精度で測定が可能である。また、試料の位置を走査することで、試料内での結晶性の分布を測定することも可能である。本手法を用いて評価された鉄単結晶は、新たに開発された高分解能メスバウアー分光実験法においても利用されている。

SPring-8原子力機構軟X線ビームラインBL23SUにおける再集光ミラーの導入

福田 義博; 斎藤 祐児; 横谷 明徳; 寺岡 有殿

JAEA-Technology 2007-002, 35 Pages, 2007/03

JAEA-Technology-2007-002.pdf:3.89MB

大型放射光施設SPring-8の原子力機構専用軟X線ビームラインBL23SUにおいて、表面化学実験ステーション及び生物物理分光ステーションの高度化のために、再集光トロイダル鏡を導入した。その結果、大幅な実験効率の向上に成功した。本報告では、その詳細について記述する。

酸素・窒素のK殻イオン化でDNA関連分子薄膜中に生じた不対電子種のESRによる測定

岡 壽崇; 横谷 明徳; 福田 義博; 藤井 健太郎

no journal, , 

DNA核酸塩基変異の物理化学過程の解明のため、ピリミジン核酸塩基(チミン,シトシン)薄膜のESR測定を行った。標準試料(Mn/MgO)との比較から、軟X線照射中にのみ塩基中に誘起される不対電子の値2.000を得た。これは自由電子の値2.0023と明らかに異なることから、観測されたESR信号はイオン化により生じた自由電子のものではない。ESR強度の酸素及び窒素のK殻吸収端近傍の軟X線エネルギー依存性を調べたところ、X線吸収微細構造(XANES)を反映したピークが現れた。シトシンのESR強度とXANES強度を比較したところ、イオン化閾値以上のエネルギーにおいてESR強度はXANES強度よりも2倍以上大きかったのに対し、チミンの場合はほとんど変わらなかった。これらのことから、シトシンはチミンと比べて内殻励起・イオン化による不対電子収率が高いことが示唆された。同じピリミジン塩基においてこのような違いが生じた理由は、シトシンの場合、内殻イオン化によって生成した正孔に加えて、光電子やオージェ電子の付着の結果生じるアニオンラジカルを一緒に検出しているためであると考えられる。シトシンはDNA塩基変異過程において、電子の一時的な貯蔵庫の役割を果たしていることが推測される。

ツインヘリカルアンジュレータを用いたXMCD測定

斎藤 祐児; 福田 義博; 竹田 幸治; 原 徹*; 白澤 克年*; 竹内 政雄*; 北村 英男*

no journal, , 

SPring-8のBL23SU(原子力機構重元素科学ビームライン)では、挿入光源をAPPLE-2型からツインヘリカル型への置き換えを行った。最近開始した1Hzの高速円偏光反転による磁気円二色性分光(XMCD)に関するテスト実験結果を行ったところ、XMCDの感度として約0.02%を達成し、これまでより一桁向上に成功した。また、元素選択的磁気履歴曲線の高精度測定についても良好な結果を得た。