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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Single molecule spectroscopy on a photosynthetic pigment-protein complex

Research Project

Project/Area Number 16K13863
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

小澄 大輔  熊本大学, パルスパワー科学研究所, 准教授 (70613149)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 原 正大  熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (50392080)
瀧尾 進  熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 教授 (60188109)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Keywords光合成 / 超高速分光 / エネルギー伝達
Outline of Annual Research Achievements

植物・藻類・細菌類における光合成機能は、自然が創出した最もエネルギー変換効率の良いナノバイオ集積フォトニックデバイスである。このような生体分子の一分子分光計測は、その本質的な電子・エネルギー輸送現象解明に向けた急務な課題である。一方、アボガドロ数個の分子を計測するマクロ測定とは異なり、一分子計測では得られる信号強度が極限的に微弱であるため、適用範囲が高収率な発光性材料に限られてきた。本申請では、単原子層ナノシート上に単離調製された単一光合成超分子を配置し、超短光パルスを用いた分光計測を行う。単原子層ナノシートによるプラズモン増強効果により微弱な一分子による信号を増強し、マクロ光学系を用いた単一光合成超分子の励起状態ダイナミクスの観測を生体温度条件下で実現することを目的とした。
平成28年度に、微弱光を検出するため、時間相関単一光子検出システムを構築し、単一光子レベルで検出可能な分光計測を実現した。平成29年度は、研究分担者 (瀧尾教授 熊本大学・くまもと水循環・減災研究教育センター)の協力の下、紅藻類より巨大光合成アンテナ色素タンパク複合体フィコビリソームを単離調製し、そのエネルギー伝達ダイナミクスを単一光子レベルで解明した。得られた色素たんぱく複合体は、低分解能ながら電子顕微鏡で70 nm程の大きさを持つことが確認されており、単一超分子分光を十分行えるサイズであることが確認できた。単原子層ナノシートを用いたプラズモニクスを分光に適用するためには、より大きなサイズのナノシートを作成することが今後の課題になる。

  • Research Products

    (7 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Singlet and Triplet Excited States Dynamics of Photosynthetic Pigment Chlorophyll a Investigated by Sub-Nanosecond Pump-probe Spectroscopy2018

    • Author(s)
      Daisuke Kosumi, Tomoya Nishiguchi, Yutaka Amao, Richard J. Cogdell, Hideki Hashimoto
    • Journal Title

      Journal of Photochemistry and Photobiology A

      Volume: 358 Pages: 374-378

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2017.09.046

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Strategies to enhance the excitation energy-transfer efficiency in the light-harvesting system using the intra molecular charge transfer character of carotenoids2017

    • Author(s)
      Nao Yukihira, Yuko Sugai, Masazumi Fujiwara, Daisuke Kosumi, Masahiko Iha, Kazuhiro Sakaguchi, Shigeo Katsumura, Alastair T. Gardiner, Richard J. Cogdell, and Hideki Hashimoto
    • Journal Title

      Faraday Discussions

      Volume: 198 Pages: 59-71

    • DOI

      10.1039/c6fd00211k

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 超高速分光手法による光合成エネルギー伝達機構の解明2017

    • Author(s)
      小澄大輔
    • Organizer
      2017年日本動物学会・九州沖縄植物学会・日本生態学会 合同熊本例会
    • Invited
  • [Presentation] 廣田悠真、藤本将吾、川上恵典、神谷信夫、小澄大輔2017

    • Author(s)
      シアノバクテリア由来光合成超複合体におけるエネルギー伝達過程
    • Organizer
      第28回光物性研究会
  • [Presentation] ナノイオンキャリアに担持させたフェオフォーバイドaにおける蛍光寿命の分子密度依存性2017

    • Author(s)
      内村祐貴、西本徹、垰本真有華、伊藤亮孝、小澄大輔
    • Organizer
      第28回光物性研究会
  • [Presentation] 波長可変パルスレーザーを用いた時間相関単一光子計数法によるクロロフィルaの蛍光寿命測定2017

    • Author(s)
      藤本将吾、芳野修平、小澄大輔
    • Organizer
      光合成セミナー2017
  • [Remarks] 研究者ホームページ

    • URL

      http://phys.ipps.kumamoto-u.ac.jp/kosumi/index-j.html

URL: 

Published: 2018-12-17  

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