Soft x-ray Synchrotron Radiation Spectroscopy Study of Molecule-based Nano Bioparticles Containing Fe

By employing soft x-ray absorption spectroscopy (XAS) and soft x-ray magnetic circular dichroism (XMCD), the electronic structures of molecule-based nano bioparticles, such as Helicobacter pylori ferritin (H. pylori ferritin), Heme, $NaM[Fe(CN)_6]{\cdot}H_2O$-type Prussian Blue (M=Co, Ni) analogue, have been investigated. The measured Fe 2p XAS spectra reveal that Fe ions are trivalent ($Fe^{3+}$) in H. pylori ferritins, while they are in the $Fe^{2+}-Fe^{3+}$ mixed-valent states in $NaM[Fe(CN)_6]{\cdot}H_2O$ Prussian Blue analogues (M=Co, Ni). According to the Fe 2p XMCD spectrum of high-state H. pylori ferritin, all the $Fe^{3+}$ ions have the same local symmetry and their magnetic moments are aligned in the same direction. It is also found that the Fe 3d orbitals in $NaM[Fe(CN)_6]{\cdot}H_2O$ have a strong covalent bonding to $(CN)^-$ ligands, but with a very weak bonding to the 2p orbitals of O ligands.

철원소를 함유한 분자기반 생체물질 나노입자들의 연 x선 방사광 분광 연구

이 연구에서는 헬리코박터 파이로리 페리틴, 헴, $NaM[Fe(CN)_6]{\cdot}H_2O$ 프러시안 블루(M=Co, Ni) 등의 분자기반 생체물질 나노입자들의 전자 구조를 연구하기 위하여 방사광을 광원으로 사용한 연 x선 광흡수 분광(soft x-ray absorption spectroscopy: XAS)과 연 x선 자기 원편광 이색성(soft x-ray magnetic circular dichroism: XMCD) 분광법 실험을 수행하였다. 이 연구로부터 페리틴 나노 입자들을 구성하고 있는 Fe 이온들은 모두 거의 3가 ($Fe^{3+}$)의 원자가 상태에 있으며, 프러시안 블루 나노 입자들 내의 Fe 이온들은 $Fe^{2+}-Fe^{3+}$의 혼합원자가 상태에 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 페리틴 내의 $Fe^{3+}$ 이온들은 한 종류의 대칭성을 가진 국소 구조를 가지며, Fe 이온들의 자기모멘트는 모두 한 방향으로 정렬되어 있다는 사실을 발견하였다. 그리고 프러시안 블루 나노 입자들의 Fe 이온의 국소적 결합은 주로 $(CN)^-$ 리건드와의 결합에 의하여 결정된다는 것을 분광학적으로 알 수 있었다.