| Project/Area Number |
24K03215
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
黒田 隆之助 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (70350428)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺澤 英知 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (00993015)
佐藤 大輔 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40780086)
小川 博嗣 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (60356699)
坂上 和之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80546333)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2026: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | テラヘルツ光源 / ポンプ・プローブ分光 / 光受容タンパク質 / フォトカソードRF電子銃 / THz-TDS / テラヘルツ分光 / ポンプ・プローブ計測 / タンパク質計測 / レーザー技術 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では光受容タンパク質（ロドプシン等）の機能発現メカニズム解明を目指した高速THzオペランド計測システムの開発を行う。フェムト秒レーザーベースのTHz光と白色ポンプ光によりスペクトル計測を実施し、ロドプシン等に適したポンプ光波長を選定する。次に、加速器光源なども併用し、溶液セルの動的測定が可能なポンププローブ・シングルショット分光システムを開発する。このシステムによりロドプシン等の機能発現挙動として、例えば含有するレチナールの高速光吸収による異性化（数100フェムト秒～数ピコ秒）からタンパク質全体のねじれ熱変性過程（ピコ秒～ナノ秒以降）に至る動的な水和層変化などを明らかにすることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、視細胞を構成する光受容タンパク質の機能発現メカニズムの解明を目指し、レーザーベースおよび加速器ベースの光源の特性を生かした高速THzオペランド計測システムの開発を行うものである。本年度は、測定対象であるレチナールを含むロドプシンに対し、多波長レーザーポンプおよびTHzプローブによる分光計測の実現に向けて、新たに光学系の設計・構築を行った。本研究で用いるTHz-TDSシステムでは、平均出力3Wのフェムト秒チタンサファイヤレーザー（パルス幅:70 fs）とニオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶によるパルス波面傾斜法によって発生する広帯域THz光（~5 THz）をプローブ光に用いて、EOサンプリングによって吸収スペクトルの測定を行う構成である。そこでTHz-TDSビームライン上の上流部でフェムト秒レーザーをさらに分岐し、BBO結晶にて倍波：400nm、3倍波：266nmを発生し、サンプル上に照射できるような光学系を構築まで完了した。また、シングルショットTHz分光に対応可能な加速器ベースの広帯域・高強度THz光源として、フォトカソードRF電子銃からの電子ビームとアンジュレーターおよびTHz光共振器を組み合わせたプリバンチ自由電子レーザー（FEL）の開発を進めた。自由電子レーザーは通常、準単色な光を生成する技術であるが、プリバンチFELでは高いゲインが前方に集中することで、広帯域かつ数サイクルのパルスが得られることが計算から示されており、従来用いていたコヒーレント遷移放射光源と比較して本研究により適している。本年度は、プリバンチFELの基本システムの構築を完了し、発振試験を実施し、光共振器内でのパルス重畳および蓄積光強度の飽和を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は所属組織の再編によるレーザーベース光源の実験室移転があり、フェムト秒レーザーやTHz-TDS光学系は安定な環境下での高精度な調整が必要なため、主要装置の移転と再構築作業に時間を要したことから、一部遅れが生じている。現在は主要装置の設置と調整が完了し、レーザーシステムも安定的に稼働している。また、これまでフェムト秒レーザー発振器とアンプ、波長変換光学系、そしてテラヘルツ発生部とポンプ・プローブ光学系が独立した別の定盤上に構築していたが、振動や温度変化などの環境要因等による信号の不安定性が想定以上に生じたため、これらを同一定盤上に構築する必要があることが分かり、次年度に対応する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本年度に進めた多波長レーザーポンプ・THzプローブ光学系の構築を更に進め、レチナール等のサンプルのスペクトル計測実験を本格的に実施する。フェムト秒レーザーから得られる266 nmおよび400 nmのポンプ光を用いて、光異性化をトリガーとし、EOサンプリングによるTHz-TDS測定を行うことを目指す。また、これまではフェムト秒レーザー発振器と増幅器、波長変換光学系、そしてテラヘルツ発生部とポンプ・プローブ光学系が独立した別の定盤上に構築していたことから信号の不安定性が想定以上に生じたため、今後はこれらを同一の定盤上に構築する方策で対応する予定である。また、加速器ベースのプリバンチFELを用いた高強度THzパルス生成では、今年度に光共振器内でのパルス重畳および蓄積光強度の飽和を確認したものの、明確なFEL発振にはまだ至っていないため、今後は課題抽出に基づき共振器系の改良と光特性評価を進め、シングルショットTHz分光実験の実現を目指す。
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