2017 Fiscal Year Annual Research Report
３次元超解像・超高速発光検出法の開拓と単一共役高分子の超高速励起移動機構の解明
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16H03827
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
伊都 将司 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (10372632)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 時空間分解発光計測 / メゾスコピック系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H２９年度の前半は、昨年度に構築し動作確認を行った、光ポンプー光ダンプスキームに基づく時間分解顕微蛍光検出システムの性能評価、主として時間分解能評価を引き続き実施した。試料の蛍光励起にはフェムト秒Tiサファイアレーザー（波長800 nm, パルス幅70 fs, 繰り返し80 MHz）の第二高調波を用いた。誘導放出誘起のための近赤外パルスは、同時二光子吸収の寄与を抑制するためにグレーティングペアを用いてパルス幅を10 ps (FWHM)程度に伸長した。性能評価用の参照試料としては、溶液中での蛍光寿命が既知で、ストークスシフトの比較的大きな分子系の有機溶媒溶液を使用した。
波長400 nmの励起用光パルスと、励起光パルスに対して光学遅延を与えた誘導放出用光パルス（800 nm）を同軸に倒立型光学顕微鏡に導入し、対物レンズ（100倍、NA 1.30）で試料溶液に集光した。光学フィルターにより励起光及び誘導放出光をカットし、試料からの蛍光のみを高感度の16-bit CCDカメラを用いてイメージとして検出した。光学遅延を t = -100 psから1.6 nsまで変化させつつ試料の蛍光強度を記録した。この一連の測定で得られた、光学遅延に対する蛍光強度の時間変化に対して、解析モデルを用いて解析することで、蛍光の減衰曲線と寿命を求めた。得られた蛍光寿命は、既報の蛍光寿命と非常に良い一致を示した。これにより、検出用エレクトロニクスの装置応答関関数に依存しない顕微蛍光寿命測定が達成された。
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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
研究２年目（H29年度）は、平成２８年度に構築した超高速顕微発光寿命測定装置に対して、装置の性能評価を目的に、発光寿命が既知で比較的寿命の短い分子系を対象として測定を行った。一連の測定結果を詳細に検討することで構築した装置を評価した。サンプルの光励起および誘導放出誘起に用いるレーザーパルス対の、試料への到達時間間隔制御に於いて、当初は幾つかの問題を抱えたが、何度かの光学系の再構築と検出光学系およびエレクトロニクスの最適化によって、高精度で再現性良く蛍光測定の可能なシステムを構築することができた。当初予定の通り、光ポンプ-光ダンプのスキームに基づく手法を用い、参照試料に対して顕微下で蛍光寿命を測定することに成功し、その値は文献値とよい一致を示したことから、本課題で構築してきた顕微蛍光寿命測定システムが当初計画通り動作することが確認できた。上記理由から、進捗状況を（２）とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３０年度は、測定対象を微小空間における分子系、分子集合系とし、それらを測定することで光ポンプ-光ダンプスキームに基づく時間分解顕微蛍光検出システムの空間分解能評価を行うと同時に、超高速な励起エネルギー移動ダイナミクスの追跡に挑戦する。
まずは色素の高濃度溶液のナノ液滴を準備する。色素を含む液滴をアガロースなどのハイドロゲルを用いることで空間的に固定化し、ゲル中に液滴が適度分散した、単一液滴測定に適した試料を準備する。単一ナノ液滴に対して本研究で構築したシステムを用いて蛍光寿命を測定すると共に、蛍光イメージングには結像系に非点収差を導入したシステムを用いることで、ナノ液滴の３次元的な位置を回折限界を超えた精度で決定する。得られたデータを解析し、３次元超解像超高速蛍光寿命測定の実現を実験的に示す。
次いで、色素の結晶や単一共役高分子を固体基板上に希薄分散させた試料を準備し、その蛍光減衰曲線と蛍光イメージを取得する。この測定により、発光サイトの空間分布と発光寿命の相関に関する情報の取得に挑戦する。この測定が成功すれば、さらに、サファイア等の平坦な透明固体基板上にナノサイズの色素結晶や単一共役高分子試料を分散させ、ＡＦＭを用いて詳細な構造を観察し、その単一ナノ粒子に対して発光寿命及び蛍光像の同時取得を行う。これにより、試料のナノ構造と発光特性に関して直接的な相関を明らかにする。
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