コヒーレントラマン分光法による時間分解ラマン光学活性測定法の開発

• Project/Area Number: 13J01123
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 平松 光太郎 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2014: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 分子分光 / キラリティー / 超高速分光 / 時間分解CD分光 / CD分光 / キラリティ / 光学活性 / 円二色性 / ラマン光学活性 / コヒーレントラマン / ヘテロダイン検出

Outline of Annual Research Achievements

前年度までに開発した偏光敏感ヘテロダイン検出法を用いた高感度かつ広帯域なフェムト秒時間分解円二色性(Time-resolved circular dichroism: TRCD)分光法を改良するとともに、生体分子ダイナミクス研究への応用を行った。
まず、TRCD分光法によって生体分子を含む種々のキラル分子のダイナミクス測定を実現するために、光パラメトリック過程を用いた波長可変フェムト秒光源を開発した。それによりおよそ400-1000 nmの広い波長領域で誘起される光化学反応途中のCDスペクトル及び吸収スペクトルを約100フェムト秒の時間分解能で測定することが可能となった。
開発した装置の生体分子への応用として、ヒト血清由来アルブミン(HSA)タンパク質に結合したビリルビン分子の励起状態ダイナミクスの研究を行った。ビリルビンのTRCD測定と励起子カップリング理論を用いた解析から、HSAに結合したビリルビンは励起状態において10ピコ秒程度の時定数でそのキラリティーが反転することを明らかにした。このような超高速なキラル反転反応を直接的に観測したのはこれが初めてである。また、励起子カップリング理論を励起状態へと拡張することで、励起状態CDスペクトルを分子構造と直接的に結びつけることができ、光励起によって引き起こされる構造変化を本手法により容易に抽出できることを示した。分子のキラル反転は広く生体内反応や分子モーターなどでも起きていると考えられ、その直接観測は生命現象の機構解明やより効率的な分子マシンの構築といった観点からも重要な成果である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 2.Raman optical activity spectroscopy by visible-excited coherent anti-Stokes Raman scattering (2015)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu, Philippe Leproux, Vincent Couderc, Takashi Nagata, Hideaki Kano
  • Journal Title: Optics Letters Volume: 40 Issue: 17 Pages: 4170-4173
  • DOI: 10.1364/ol.40.004170
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 1.Broadband and ultrasensitive femtosecond time-resolved circular dichroism spectroscopy (2015)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu, Takashi Nagata
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 143 Issue: 12 Pages: 121102-121102
  • DOI: 10.1063/1.4932229
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Raman optical activity by coherent anti-Stokes Raman scattering spectral interferometry (2013)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu, Hideaki Kano, Takashi Nagata
  • Journal Title: Optics Express Volume: 21 Issue: 11 Pages: 13515-21
  • DOI: 10.1364/oe.21.013515
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 超高速円二色性分光法による生体分子の励起状態ダイナミクス観測 (2015)
  • Author(s): 平松 光太郎, 永田 敬
  • Organizer: 第9回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 （目黒区、東京）
  • Year and Date: 2015-09-15
• [Presentation] Visible-excited CARS-ROA spectroscopy (2015)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu, Hideaki Kano, and Takashi Nagata
  • Organizer: 15th International Conference on Chiroptical Spectroscopy
  • Place of Presentation: Hokkaido University (Sapporo, Hokkaido, Japan)
  • Year and Date: 2015-08-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Broadband and ultrasensitive femtosecond time-resolved circular dichroism spectroscopy using spectral interferometry (2015)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu and Takashi Nagata
  • Organizer: 15th International Conference on Chiroptical Spectroscopy
  • Place of Presentation: Hokkaido University (Sapporo, Hokkaido, Japan)
  • Year and Date: 2015-08-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 分光干渉法を用いた広帯域高感度フェムト秒 時間分解円二色性分光法の開発 (2015)
  • Author(s): 平松 光太郎, 永田 敬
  • Organizer: 日本分光学会平成27年度年次講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 （目黒区、東京）
  • Year and Date: 2015-06-01
• [Presentation] 広帯域・高感度フェムト秒時間分解円二色性分光法の開発 (2015)
  • Author(s): 平松光太郎, 永田敬
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス (千葉県,船橋市)
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [Presentation] フェムト秒パルスを光源とした広帯域CD/ORDスペクトルの測定 (2014)
  • Author(s): 平松 光太郎, 永田 敬
  • Organizer: 第8回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 広島大学 (広島県,東広島市)
  • Year and Date: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [Presentation] Multiplex CARS-ROA spectroscopy with visible excitation (2014)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu, Hideaki Kano and Takashi Nagata
  • Organizer: The 24th International Conference on Raman Spectroscopy
  • Place of Presentation: Jena University, Jena, Germany
  • Year and Date: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [Presentation] Development of a femtosecond broadband circular dichroism spectrometer with active heterodyne detection (2014)
  • Author(s): 平松 光太郎, 永田 敬
  • Organizer: 平成26年度日本分光学会年次講演会
  • Place of Presentation: 理化学研究所 (埼玉県,和光市)
  • Year and Date: 2014-05-26 – 2014-05-28
• [Presentation] ヘテロダイン検出法によるアキラルバックグラウンドフリーな光活性測定法の開発 (2014)
  • Author(s): 平松 光太郎
  • Organizer: 第5回キラルサイエンス&テクノロジーシンポジウム
  • Place of Presentation: 早稲田大学、東京都新宿区
  • Year and Date: 2014-02-28
  • Invited
• [Presentation] コヒーレントラマン分光法でみる分子のキラリティー (2013)
  • Author(s): 平松 光太郎
  • Organizer: 量子エレクトロニクス研究会「バイオ・メディカルフォトニクス : 基礎と応用の最前線」
  • Place of Presentation: 上智大学軽井沢セミナーハウス、長野県北佐久郡
  • Year and Date: 2013-12-21
  • Invited
• [Presentation] Coherent Raman optical activity spectroscopy (2013)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu
  • Organizer: Spectroscopic studies on molecular chirality
  • Place of Presentation: コープイン京都、京都府京都市
  • Year and Date: 2013-12-20
  • Invited
• [Presentation] コヒーレントラマン散乱を用いたラマン光学活性分光法の開発 (2013)
  • Author(s): 平松 光太郎
  • Organizer: 若手研究者たちによる先端的レーザー分光シンポジウム
  • Place of Presentation: 理化学研究所、埼玉県和光市
  • Year and Date: 2013-12-03
  • Invited
• [Presentation] CARS分光干渉法によるラマン光学活性の観測 (2013)
  • Author(s): 平松 光太郎, 加納 英明, 永田敬
  • Organizer: 第7回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 京都テルサ、京都府京都市
  • Year and Date: 2013-09-24
• [Presentation] Raman optical activity measured by coherent anti-Stokes Raman scattering (2013)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu, Hideaki Kano, Takashi Nagata
  • Organizer: Seventh International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター、兵庫県神戸市
  • Year and Date: 2013-08-26
• [Presentation] Raman optical activity measured by nonlinear Raman scattering (2013)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu, Hideaki Kano, Takashi Nagata
  • Organizer: International Conference on Chiroptical Spectroscopy 2013 (CD2013)
  • Place of Presentation: Vanderbilt University, Nashville, Tennessee (USA)
  • Year and Date: 2013-06-10
• [Presentation] Raman optical activity measured by CARS spectral interferometry (2013)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu, Hideaki Kano, Takashi Nagata
  • Organizer: European Conference on Nonlinear Optical Spectroscopy (ECONOS) 2013
  • Place of Presentation: University of Exeter, Exeter, Devon (UK)
  • Year and Date: 2013-04-24
• [Book] Ultrafast chiroptical spectroscopy and its application to biomolecular dynamics (2016)
  • Author(s): Kotaro Hiramatsu
  • Total Pages: 141
  • Publisher: Springer
• [Remarks]
  • URL: http://researchmap.jp/cot-hira/