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論文

Conformational dynamics of a multidomain protein by neutron scattering and computational analysis

中川 洋; 齋尾 智英*; 長尾 道弘*; 井上 倫太郎*; 杉山 正明*; 味戸 聡志; 富永 大輝*; 川北 至信

Biophysical Journal, 120(16), p.3341 - 3354, 2021/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Biophysics)

マルチドメインタンパク質は、溶液中で様々な構造を持つことができる。他の分子との相互作用により、そのうちの1つの構造が安定化し、ドメインダイナミクスが変化することが知られている。マルチドメインタンパク質の溶液中での構造を解明するためには、小角散乱法を用いることができる。中性子スピンエコー法は、ナノ秒・ナノメートルスケールでのドメインダイナミクスを解析するための有望な技術であるが、まだ開発途上である。本研究では、非干渉性散乱を用いて中性子スピンエコー法のデータから拡散運動や流体力学的相互作用の寄与を定量的に除去し、マルチドメインタンパク質MurDの3つの機能状態のドメインダイナミクスの違いを明らかにした。3つの状態間の違いは、2つのドメインモードによって説明できた。

論文

Corrosion of aluminum-based containers for neutron studies with aqueous samples under low temperatures

富永 大輝*; 佐原 雅恵*; 川北 至信; 中川 洋; 島本 直伸*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011094_1 - 011094_5, 2021/03

中性子準弾性散乱研究では、しばしばアルミもしくはアルミ合金製の試料容器が使われる。入射中性子の強度増大に伴って、研究領域は拡がり続けており、希薄な試料環境でもデータ取得は以前より速くなっている。そうした研究分野の一つに水を含むシステムが挙げられる。この研究では、アルミに関する温度効果を調べ、低温環境下でもアルミの腐食が起きることが分かった。その理由は、母材としてのアルミニウムと不動態フィルムとしての酸化アルミニウムの膨張係数の差による。

論文

Position dependency of the scattered intensity in the time-of-flight backscattering spectrometer DNA

松浦 直人*; 山田 武*; 富永 大輝*; 小林 誠*; 中川 洋; 川北 至信

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011068_1 - 011068_6, 2021/03

飛行時間分析型後方散乱分光器DNAにおける散乱強度の位置依存性を調査した。垂直方向(位置敏感一次元検出器(PSD)のピクセル方向)と水平方向(PSD毎)の両方で周期的な構造が見られた。DNAに設置されたソラースリットとアナライザー結晶の設計値を超えた過度な湾曲が、強度分布の起源であると考えられる。我々は、強度の位置依存性と弾性散乱のエネルギーオフセットを系統的に補正できるソフトウェアを開発した。このソフトウェアにより、本来の散乱強度からのずれが補正でき、エネルギー分解能などのデータの質も向上させることができる。

論文

Position-encoded automatic cell elevator for BL02, J-PARC MLF

富永 大輝*; 小林 誠*; 山田 武*; 松浦 直人*; 川北 至信; 笠井 聡*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011095_1 - 011095_5, 2021/03

トップローディング型冷凍機用の垂直移動型試料交換機が、J-PARC MLFのBL02に設置された中性子分光器の利用支援のために開発された。PEACEと名付けられたこの試料交換機は、中性子照射位置での試料位置の再現性を、PEEKと呼ぶ物質でできたガイドを利用して制御している。3つの試料位置でのバックグラウンド散乱のプロファイルの変化は$$pm$$1.6%以内であることが分かった。この結果は、垂直軸からの試料位置の偏差が$$pm$$0.3mmであることを考えると妥当である。

論文

Quartz cell for a backscattering spectrometer

富永 大輝*; 川北 至信; 中川 洋; 山田 武*; 柴田 薫

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011086_1 - 011086_5, 2021/03

後方散乱型中性子分光器、特にJ-PARC MLFのBL02(DNA)分光器用に最適化された二重円筒型石英試料セルを開発した。一端を閉じられた石英ガラス管を0.55mmの厚みまで削り、内筒を底部の突起によって外筒に同芯になるように挿入する。この石英セルは、標準的に用いられているアルミセルの表面に触れさせたくない試料に用いられる。石英セルと標準アルミセルの容器散乱の効果を重水バッファ試料を使って中性子準弾性散乱実験(QENS)により確かめた。Qが1[1/A]未満の領域では石英セルとアルミ容器の弾性散乱プロファイルはほぼ同一であった。一方Qが1[1/A]以上の領域では、石英ガラスのFSDPのために、プロファイルが異なることが分かった。この領域では、吸収補正や石英セルの個々の厚みの差を考慮した解析が必要である。

論文

Dynamics of proteins with different molecular structures under solution condition

井上 倫太郎*; 小田 隆*; 中川 洋; 富永 大輝*; 齋尾 智英*; 川北 至信; 清水 将裕*; 奥田 綾*; 守島 健*; 佐藤 信浩*; et al.

Scientific Reports (Internet), 10, p.21678_1 - 21678_10, 2020/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Multidisciplinary Sciences)

非干渉性中性子準弾性散乱(iQENS)は、タンパク質の内部ダイナミクスを調べるための魅力的な手法である。しかし、中性子ビームのフラックスが低いことや、iQENSプロファイルから内部ダイナミクスを抽出するための解析手法がないことが、生理的条件下(溶液中)での研究の障害となっていた。近年の中性子分光器の開発により、iQENSプロファイルから内部ダイナミクス,並進拡散,回転拡散を切り離すことが可能となった。本研究では、球状性蛋白質(GDP)と天然変性蛋白質(IDP)の溶液中での内部ダイナミクスを調べた。その結果、IDPの平均緩和時間はGDPよりも大きいことが分かった。IDPの内部ダイナミクスを詳細に解析した結果、IDPのmobileなH原子の割合はGDPよりもはるかに高いことが明らかになった。興味深いことに、mobileな水素原子の割合は、溶媒に曝された表面の水素原子の割合と密接に関連していることがわかった。iQENS研究では、タンパク質の分子構造に応じて、溶媒にさらされたアミノ酸残基が内部ダイナミクスを支配していることが示された。

論文

Gelation process of polyacrylonitrile solutions as studied using small-angle neutron scattering techniques

中野 翔太*; 紺野 壮見*; 富田 直人*; 松葉 豪*; 富永 大輝*; 高田 慎一

Microsystem Technologies, 22(1), p.57 - 63, 2016/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:18.51(Engineering, Electrical & Electronic)

J-PARC-MLFの小角・広角中性子散乱法および光透過率法を用いて、ポリアクリルニトリルのゲル化構造形成過程における水分子の影響に関する研究を行った。その結果、ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒中の水分子の増加により、相分離およびゲル化が促進されることがわかった。白濁したゲルの場合、ナノメータスケールの結晶化による架橋点相関および液-液相分離によるミクロスケールの平坦境界が観測され、その相関長はアニーリング時間に依存しないこと、架橋点は局所的に存在しミクロゲルが形成されていることがわかった。一方、透明なゲルの場合は、相関長がゲル化過程において上昇し、高分子鎖の絡まり合いが擬似的な架橋点として作用していることがわかった。

口頭

大強度パルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発とソフトマター

富永 大輝; 鈴木 淳市*; 高田 慎一; 篠原 武尚; 奥 隆之; 中谷 健; 稲村 泰弘; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

近年、ナノ科学の発展や複雑多相系・多成分系,非平衡系などの研究の進展により、中性子小角散乱法にはさらに高い空間分解能や時間分解能での高効率測定という機能が求められるようになってきている。このような科学的要請及び中性子源性能の向上という技術的背景の下、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)でパルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発が進められている。一般に、白色パルス中性子ビームを利用するパルス中性子小角散乱法は単色定常中性子ビームを利用する定常中性子小角散乱法と比べて広いq領域の同時測定の点で有利とされる。これを活かした広いq領域(約5$$times$$10$$^{-3}$$$$sim$$10A$$^{-1}$$)の同時測定を高効率かつ高精度に実現する「大観」の開発について、その基本性能を機器構成とともに紹介する。現在、ソフトマターにとって必要と考えられる試料周りの環境,試料準備室の整備など進めている。

口頭

Neutron studies on soft matter by TAIKAN; Tough hydrogels "Double network gels"

富永 大輝; 鈴木 淳市*; 高田 慎一; 篠原 武尚; 奥 隆之; 中谷 健; 稲村 泰弘; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

ナノ科学の発展や複雑多相系・多成分系,非平衡系などの研究の進展により、近年、中性子小角散乱法にはさらに高い空間分解能や時間分解能での高効率測定という機能が求められるようになってきている。このような科学的要請及び中性子源性能の向上という技術的背景の下、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)でパルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発が進められている。一般に、白色パルス中性子ビームを利用するパルス中性子小角散乱法は単色定常中性子ビームを利用する定常中性子小角散乱法と比べて広いq領域の同時測定の点で有利とされる。これを活かした広いq領域(約5$$times$$10-3 10A-1)の同時測定を高効率かつ高精度に実現する「大観」の開発について、ソフトマターに主眼を置いて、高強度ダブルネットワークハイドロゲルの中性子散乱の研究をもとに発表する。

口頭

Toughness origin of double network hydrogels; Neutron studies for soft matter by TAIKAN

富永 大輝; 鈴木 淳市*; 高田 慎一; 篠原 武尚; 奥 隆之; 中谷 健; 稲村 泰弘; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

ソフトマターは生命科学を進めるうえで重要な物質系の一つである。この分野の発展や複雑多相系・多成分系,非平衡系などの研究の進展には、中性子小角散乱法は大変有用だが、さらに高い空間分解能や時間分解能での高効率測定という機能が求められるようになってきている。このような科学的要請及び中性子源性能の向上という技術的背景の下、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)でパルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発が進められている。白色パルス中性子ビームを利用するパルス中性子小角散乱法は単色定常中性子ビームを利用する定常中性子小角散乱法と比べて広いq領域の同時測定の点で有利とされる。これを活かした広いq領域(約5$$times$$10-3 10A-1)の同時測定を高効率かつ高精度に実現する「大観」の開発について、ソフトマターに主眼を置いて、高強度ダブルネットワークハイドロゲルの中性子散乱の研究をもとに発表する。

口頭

Software development of the smaller-angle neutron scattering instrument TAIKAN of J-PARC

高田 慎一; 鈴木 淳市*; 篠原 武尚; 中谷 健; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 奥 隆之; 大石 一城*; 岩瀬 裕希*; 富永 大輝; et al.

no journal, , 

J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)のBL15に設置された小中角中性子散乱装置「大観」は、2011年度より本格的に始動する装置であり、q=約5$$times$$10$$^{-4}$$[$AA$^{-1}$$]から約10[$AA$^{-1}$$]の広い空間領域の構造情報を高強度で効率よく測定可能な装置である。そのため、金属や蛋白質等を含む種々のナノ粒子、さらに、これらのナノ粒子が形成する高次構造系や非平衡系、ナノ粒子を内在する工学材料の構造と機能を解明し、新奇機能材料の開発指針を与える装置となることが期待されている。現在、この装置の駆動機器を制御するための制御用ソフトウェア、並びに、データリダクションや解析等を行う解析用ソフトウェアの開発を行っている。本発表では、装置性能を紹介するとともに、開発中の制御用,解析用ソフトウェアについての条件設定、表示方法、解析手順などの開発状況を報告する。

口頭

Neutron studies on soft matter; Development of smaller-angle neutron scattering instrument TAIKAN of J-PARC

富永 大輝; 鈴木 淳市*; 高田 慎一; 篠原 武尚; 奥 隆之; 中谷 健; 稲村 泰弘; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

ソフトマターは生命科学を進めるうえで重要な物質系の一つである。この分野の発展や複雑多相系・多成分系,非平衡系などの研究の進展には、中性子小角散乱法は大変有用だが、さらに高い空間分解能や時間分解能での高効率測定という機能が求められるようになってきている。このような科学的要請及び中性子源性能の向上という技術的背景の下、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)でパルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発が進められている。白色パルス中性子ビームを利用するパルス中性子小角散乱法は単色定常中性子ビームを利用する定常中性子小角散乱法と比べて広いq領域の同時測定の点で有利とされる。これを活かした広いq領域(約5$$times$$10-4 20A-1)の同時測定を高効率かつ高精度に実現する「大観」の開発について、ハイドロゲルを主題とした若手研究会において発表し、装置の可能性について情報収集を行う。

口頭

Time-shearing measurements of soft matter using J-PARC/TAIKAN (BL15)

富永 大輝; 高田 慎一; 鈴木 淳市*; 篠原 武尚; 奥 隆之; 中谷 健; 稲村 泰弘; 鈴谷 賢太郎; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

近年、ナノ科学の発展や複雑多相系・多成分系、非平衡系などの研究の進展により、中性子小角散乱法にはさらに高い空間分解能や時間分解能での高効率測定という機能が求められるようになってきている。このような科学的要請及び中性子源性能の向上という技術的背景の下、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)でパルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発が進められている。一般に、白色パルス中性子ビームを利用するパルス中性子小角散乱法は単色定常中性子ビームを利用する定常中性子小角散乱法と比べて広いq領域の同時測定の点で有利とされる。これを活かした広いq領域(約5$$times$$10$$^{-3}$$ 10A$$^{-1}$$)の同時測定を高効率かつ高精度に実現する「大観」を用いた研究の開発について、その時分割測定への応用へ向けた最近の高強度乾燥ゲルを用いた研究を報告する。

口頭

Wide-q measurement of protein in solution using the small and wide angle neutron scattering instrument TAIKAN of J-PARC

高田 慎一; 鈴木 淳市*; 篠原 武尚; 奥 隆之; 富永 大輝; 中谷 健; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 岩瀬 裕希*; 大石 一城*

no journal, , 

J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)のBL15に設置された小中角中性子散乱装置「大観」は、平成24年度より本格的に始動した装置であり、q=約0.005から10[$$AA $$$$^{-1}$$]の広い空間領域の構造情報を高強度で効率よく測定可能な装置である。そのため、金属や蛋白質等を含む種々のナノ粒子、さらに、これらのナノ粒子が形成する高次構造系や非平衡系、ナノ粒子を内在する工学材料の構造と機能を解明し、新奇機能材料の開発指針を与える装置となることが期待されている。本発表では、大観で行っているデータリダクション及び解析手法を紹介するとともに、典型的な蛋白質であるミオグロビン, $$beta$$ラクトグロブリン,ヘモグロビンを広q空間領域で測定した結果について報告する。これらの蛋白質の概形サイズはほぼ等しいが内部構造は異なっており、結晶構造解析より決定された原子の3次元座標データから計算される散乱関数は 約0.2から1[$$AA $$$$^{-1}$$]の領域で大きく異なることがわかっている。これらの測定結果と計算結果を比較検討することで大観の装置性能についても議論する。

口頭

中性子散乱で観測したStaphylococcal Nucleaseの動的静的構造因子

遠藤 仁; 富永 大輝; 高田 慎一; 松本 淳; 岩瀬 裕希*; 上久保 裕生*; 片岡 幹雄

no journal, , 

黄色ブドウ球菌由来の核酸分解酵素であるStaphylococcal Nuclease (SNase)を水溶液中に溶解させ、中性子小角散乱及び中性子スピンエコー測定を行い、その動的静的性質をナノ秒・ナノメートルの時空間スケールで評価した。中性子小角散乱はJ-PARC/MLFの時間飛行法小角散乱回折装置「大観」(BL15)を用い、0.2$$<$$Q[1/$AA]$<$$2という広範なQ領域での静的構造因子を測定することに成功した。また、中性子スピンエコー測定は、Institut Laue-LangevinのIN15を用いて測定を行い、最長200nsを越える時間領域での中間相関関数を得た。当日は、水和構造や分子内運動の影響等、結晶構造解析からは得られない情報について考察した結果を発表する予定である。

口頭

SANS study on double-network polymers

富永 大輝; 高田 慎一; 鈴木 淳市*; 篠原 武尚; 奥 隆之; 大石 一城*; 中谷 健; 稲村 泰弘; 岩瀬 裕希*; 伊藤 崇芳*; et al.

no journal, , 

ソフトマターは生命科学を進めるうえで重要な物質系の一つである。この分野の発展や複雑多相系・多成分系、非平衡系などの研究の進展には、中性子小角散乱法は大変有用だが、さらに高い空間分解能や時間分解能での高効率測定という機能が求められるようになってきている。このような科学的要請及び中性子源性能の向上という技術的背景の下、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)でパルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発が進められている。白色パルス中性子ビームを利用するパルス中性子小角散乱法は単色定常中性子ビームを利用する定常中性子小角散乱法と比べて広いq領域の同時測定の点で有利とされる。これを活かした広いq領域(約1$$times$$10$$^{-2}$$10A$$^{-1}$$)の同時測定を高効率かつ高精度に実現する「大観」の開発について、ソフトマターに主眼を置いて、高強度ダブルネットワークハイドロゲルの中性子散乱の研究をもとに発表する。

口頭

SANS study of static structure of Double-Network polymers

富永 大輝; 高田 慎一; 鈴木 淳市*; 相澤 一也; 瀬戸 秀紀; 新井 正敏

no journal, , 

生命科学を進めるうえでソフトマターは重要な物質系である。この分野の発展や複雑多相系・多成分系,非平衡系などの研究の進展には、中性子小角散乱法は大変有用だが、さらに高い空間分解能や時間分解能での高効率測定という機能が求められるようになってきている。このような科学的要請及び中性子源性能の向上という技術的背景の下、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)でパルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発が進められている。白色パルス中性子ビームを利用するパルス中性子小角散乱法は単色定常中性子ビームを利用する定常中性子小角散乱法と比べて広いq領域の同時測定の点で有利とされる。これを活かした広いq領域(約1$$times$$10$$^{-2}$$ 10A$$^{-1}$$)の同時測定を高効率かつ高精度に実現する「大観」の開発について、ソフトマターに主眼を置いて、高強度ダブルネットワークハイドロゲルの網目に水がどのように吸着していくかを中性子散乱の研究をもとに発表する。

口頭

水が及ぼす高分子網目構造変化

富永 大輝; 高田 慎一; 瀬戸 秀紀; 鈴木 淳市*; 相澤 一也; 新井 正敏

no journal, , 

生命科学を進める上で重要な物質系の一つであるソフトマターの発展には、中性子小角散乱法は大変有用である。さらに高い空間分解能や時間分解能での高効率測定のような科学的要請および中性子源性能の向上という技術的背景の下、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)でパルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発が進められている。白色パルス中性子ビームを利用するパルス中性子小角散乱法は単色定常中性子ビームを利用する定常中性子小角散乱法と比べて広いq領域の同時測定の点で有利とされる。これを活かした広いq領域(約2$$times$$10$$^{-2}$$ 10A$$^{-1}$$)の同時測定を高効率かつ高精度に実現する「大観」の開発について、水溶性高分子網目に吸着する水と高分子網目構造変化に主眼を置いて、小角中性子散乱の研究をもとに発表する。

口頭

Double Network高分子鎖近傍の水に関する研究

富永 大輝; 高田 慎一; 鈴木 淳市*; 瀬戸 秀紀; 相澤 一也; 新井 正敏

no journal, , 

生命科学を進める上でソフトマターは重要な物質系である。この分野の発展や複雑多相系・多成分系,非平衡系などの研究の進展には、中性子小角散乱法は大変有用だが、さらに高い空間分解能や時間分解能での高効率測定という機能が求められるようになってきている。このような科学的要請および中性子源性能の向上という技術的背景の下、大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設(MLF)でパルス中性子小中角散乱装置「大観」の開発が進められている。白色パルス中性子ビームを利用するパルス中性子小角散乱法は単色定常中性子ビームを利用する定常中性子小角散乱法と比べて広いq領域の同時測定の点で有利とされる。これを活かした広いq領域(約1$$times$$10$$^{-2}$$10A$$^{-1}$$)の同時測定を高効率かつ高精度に実現する「大観」の開発について、ソフトマターに主眼を置いて、高強度ダブルネットワークハイドロゲルの網目に水がどのように吸着していくかを中性子散乱の研究をもとに発表する。

口頭

J-PARC中性子小角・広角散乱装置「大観」の装置性能および現状報告

高田 慎一; 鈴木 淳市*; 大石 一城*; 岩瀬 裕希*; 富永 大輝; 篠原 武尚; 奥 隆之; 中谷 健; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; et al.

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学実験施設のビームライン15番に設置された中性子小角・広角散乱装置「大観」では、2012年度から本格的に共用実験が開始されている。大観は、白色パルス中性子を、飛行時間法および幅広い散乱角に配置された検出器を利用して検出することにより、ナノからマイクロオーダーの幅広い構造情報を高効率で取得できる装置として設計されている。その性能のため、国内外の大学、研究機関、企業の高分子、生体物質、金属材料、磁性材料など幅広い分野の利用者が大観を利用し、研究・新規材料開発を行なっている。本発表では、大観の波長依存性を考慮したデータリダクション方法、および計算から得られる装置分解能と標準試料の測定結果を比較した結果などについて報告するとともに、現在の実験試料環境の整備状況について紹介する。

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