2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high power THz Operando-measurement system for investigation of protein dynamics
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17H02821
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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, 材料・化学領域, ラボチーム長 (70350428)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 真人 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 (30386643)
坂上 和之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 主幹研究員 (80546333)
谷 峻太郎 東京大学, 物性研究所, 助教 (80711572)
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, 研究員 (40780086)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 光源技術 / 分光技術 / 加速器 / 高性能レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は、高強度テラヘル光を用いたオペランド計測手法の開発とタンパク質分光分析への応用を目指した研究である。小型電子加速器ベースのテラヘルツ時間領域分光では、テラヘルツ光のピーク強度が高い一方、プローブ光との時間ジッターやスペクトルの安定化の課題が大きく、時間分解能向上のためにはシングルショット計測が重要である。本年度はシングルショットEOサンプリングの実現に向けて、プローブ光の高度化を図った。ファイバーレーザーの増幅及び薄ディスクレーザーの広帯域化とチャープミラーによる圧縮の両面から検討し、薄ディスクレーザーを広帯域化したパルスでは十分なスペクトル幅と強度が得られ、シングルショット計測のプローブ光に適していることがわかった。また、EO検出感度向上のため、昨年度開発した差分増幅器を用いてテラヘルツ電場波形測定系を構築し、GaP結晶と1 kHzのフェムト秒レーザーパルスから微弱テラヘルツ波を発生させてEO検出を行い、差分増幅器からの信号に対する低ノイズ電圧アンプ及びロックイン検出によって1 kHzのシステムにおける取得データとしては最高クラスの感度（50 V/cm / (shot)^1/2）を得た。
また、本研究では小型電子加速器ベースに加えて、レーザーベース光源とEOサンプリングシステムの開発も並行して行った。レーザーベース光源はピーク強度では劣るが、システム全体が小型且つ環境ノイズ等が少なく安定計測には大きな利点がある。フェムト秒レーザーパルスをニオブ酸リチウム結晶に照射し、光整流によるテラヘルツ光を発生し、タンパク質水溶液サンプルのオペランド計測に向けたEOサンプリングシステムを構築した。本システムにより、タンパク質水溶液や低分子化合物を含む水溶液サンプルへの照射実験にまで至り、タンパク質機能発現メカニズム解明に向けたオペランド計測実現への重要な知見を得ることができた。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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