2016 Fiscal Year Annual Research Report

Observation of ultrafast structural change by time-resolved impulsive stimulated Raman spectroscopy

Research Project

Project/Area Number	15F15336
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	田原太平国立研究開発法人理化学研究所, 田原分子分光研究室, 主任研究員 (60217164)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	KUMAR PARDEEP 国立研究開発法人理化学研究所, 田原分子分光研究室, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2015-11-09 – 2018-03-31
Keywords	超高速分光 / ダイナミクス / 光化学 / プラズモン / 蛍光タンパク質
Outline of Annual Research Achievements	前年度に時間分解インパルシブ誘導ラマン分光を用いてビスジイミン銅(I)錯体のフェムト～ピコ秒領域の時間分解振動スペクトルの測定を行い、電子励起状態の振動バンドの周波数と強度が低振動数で変調している可能性を示すデータが得られた。そこでまず、これの再現実験を精力的に行った。しかしながら現在のS／Nの範囲内でこれを再現することができなかったのでこの研究は終了することとした。次に、ビスジイミン銅(I)錯体の実験を通してKumar博士が取得した超高速分光実験に対する高い技術を活かし、新しい系のコヒーレントな振動を時間領域で観測することを試みた。その結果、幾つかの系で大変興味深いデータを得ることができた。まず、金属ナノ粒子に吸着した分子のインパルシブ誘導ラマン測定を行い、プラズモン共鳴によって極めて強い電場が現れる“ホットスポット”に存在する分子の振動を時間領域で観測することに成功した。また、生物研究におけるイメージングに不可欠な蛍光タンパク質の一つ、LSSmOrangeに関して時間分解インパルシブ誘導ラマン測定を行い、これに成功した。GFP由来の蛍光タンパク質では、通常、発色団は化学平衡にある中性型とアニオン型の両方の形で存在するが、LSSmOrangeでは、平衡が電子基底状態で著しく中性型に偏っている。ところが蛍光は光励起後にこの中性型発色団のプロトン移動によって生成するアニオン型から発せられるため、吸収波長と蛍光波長の差が大変大きく、この特長を生かした生体イメージングに用いられている。このLSSmOrangeの分光特性の元になっている励起状態プロトン移動過程に対応する時間分解インパルシブ誘導ラマン分光データが得られた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 前年度にビスジイミン銅(I)錯体に対する実験では、最終的に新しいデータは得られなかったが、予定通り時間分解インパルシブ誘導ラマン分光の測定技術をKumar氏は習得することができた。これによって自分自身でフェムト秒時間分解吸収分光実験およびフェムト秒時間分解インパルシブ誘導ラマン実験を行なうことができるようになり、精力的に実験を行なって、金属ナノ粒子に吸着した分子、およびユニークな分光特性をもつ蛍光タンパク質であるLSSmOrangeについて時間分解インパルシブ誘導ラマン測定に成功し、新規性のある興味深いデータを得た。特に前者については国内学会で口頭発表を行なうこともでき、研究はおおむね順調に進展していると言える。
Strategy for Future Research Activity	今年度は日本学術振興会特別研究員の任期の最終年度になるので、現在興味深いデータがでている、金属ナノ粒子に吸着した分子およびユニークな分光特性をもつ蛍光タンパク質であるLSSmOrangeについての時間分解インパルシブ誘導ラマンの研究をまとめ、国内学会での発表を行ない、論文化する。これと同時に今後につながる新しい実験も行う。例えば、金属ナノ粒子に吸着した分子に対する実験では、時間領域ラマン測定の利点（すなわちテラヘルツ領域における振動スペクトルの取得が可能であること、時間分解測定への応用が可能であること）を生かした発展が期待できるので、その可能性を探る。