2017 Fiscal Year Annual Research Report
X線分子動画撮影法を用いたソフトクリスタルにおける外場応答過程の観測
| Project Area | Soft Crystals: Science and Photofunctions of Easy-Responsive Systems with Felxibility and Higher-Ordering |
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| Project/Area Number |
17H06372
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
佐藤 文菜 自治医科大学, 医学部, 講師 (50717709)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福本 恵紀 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特任助教 (20443559)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子動画 / X線結晶構造解析 / X線吸収分光 / 時間分解 / 光電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題の測定対象である新規機能性物質群、ソフトクリスタルは、光を照射する、蒸気にさらす、機械的刺激を加えるなどの比較的弱い外場印加によって、発光特性の変化や結晶相転移を引き起こすことが可能である。本研究課題では、それらソフトクリスタル群の定常状態・励起状態の構造及び電子状態、またその相転移の過程を、放射光を用いたX線結晶構造解析、X線吸収分光等により観測することが目的である。
多様な性質を持つソフトクリスタル群の放射光実験を行うためには、継続的なマシンタイムの確保が不可欠である。そこで、高エネルギー加速器研究機構の放射光施設Photon Factoryにおける、長期優先課題であるS2区分に実験課題を申請し、3年間有効の課題が採択となった。この実験課題では、X線結晶構造解析、X線吸収分光、時間分解測定にそれぞれ特化したビームラインを、各ソフトクリスタル試料の性質に合わせて選択し、横断的に利用する。また、各ビームラインに紫外・可視吸収分光及び発光分光システムを構築し、放射光X線を用いた測定と同時にin-situで分光測定を行うことが可能である。また、放射光実験を行う前に、外場印加条件の決定が必須であるため、微小結晶用の顕微分光システムを組み上げた。
本年度は、領域内のA01-01班との共同研究を2件、A03-01班との共同研究を1件開始した。マシンタイム確保のための課題申請と並行して、試験的な放射光実験を2件のソフトクリスタル試料で行い、現在結果を解析中である。また、時間分解光電子顕微鏡を用いた測定を1件のソフトクリスタル試料で行い、外場印加に伴う相転移現象の観測に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題の主な測定手法となる放射光実験では、限られたマシンタイムを最大限有効に利用するために、実験に臨む前に測定条件等を決定する予備実験が必須となる。そこで、光照射によるソフトクリスタルの状態変化の時間スケール等を決定するため、当初の計画通り、自治医大内に時間分解顕微分光測定システムを導入した。外部信号によって同期可能な検出用白色パルス光源、励起用単色パルス光源、パルス遅延装置を用いることにより、試料に照射する励起光と検出光のタイミングを制御する。また、様々なサイズの単結晶の分光測定を行えるよう、ファイバからの白色光を試料上に20ミクロンのスポットサイズで照射するコリメート集光系を導入した。このシステムを導入したことにより、光誘起によって起こるマイクロ秒から分オーダー以上の時間スケールでのソフトクリスタルの状態変化を可視吸収分光及び発光分光により観測することが可能となった。
さらに、本年度中には複数回の研究者同士の打ち合わせを行い、領域内での共同研究を3件開始することができた。その一部については、既に外場印加状態のソフトクリスタル試料の観測に成功している。結果については解析中であるが、おおむね期待のできる結果が得られている。
また、光電子顕微鏡や圧力印加のポンプ‐プローブ測定システムについても開発を行い、今後の測定に向けて装置系の整備を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度以降は、領域内外の共同研究をさらに活発にするため、博士研究員の雇用を行い、実働として研究に携わる人員の補充を行う。まずはA01-01班との共同研究である、ベイポクロミズム系Pt錯体のX線吸収分光実験の解析を進める。また、本ソフトクリスタル試料は、ベイポクロミズムの際に印加する蒸気の種類や、Ptに結合して錯体を成す低分子の種類によって異なる挙動を示すため、複数の試料での測定がそれぞれ必要である。その為、解析結果を受けて、次に測定するべき試料を選定し、新たな放射光実験を行う予定である。
また、金属を含まない系での発光性ソフトクリスタルについても、光照射下でのX線結晶構造解析実験を一部行っており、こちらも解析を進める予定である。この試料に関しても、結晶多形による発光色の違いがあり、今後複数回の実験が見込まれる。さらに、実験で得られた外場印加前後の分子構造を用いて、理論班との連携を含め、ソフトクリスタル結晶の機序の解明に向けた努力を行う。
加えて、現在計画中のほかの共同研究についても定期的に打ち合わせを行っており、そちらについても進めていく予定である。その都度、放射光実験を行う予定であるが、今後3年間は、今年度採択となったPhoton Factoryの長期優先課題であるS2型課題のマシンタイムを利用する。また、新たに採択となった公募班のメンバーとの共同研究も並行して模索していく予定である。
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