Broadband Fourier-transform CARS as a probe of protein structual dynamics

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05166
• Research Institution: Kwansei Gakuin University
• Principal Investigator: 大間知 潤子 関西学院大学, 理工学部, 講師 (70724053)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 非線形ラマン分光 / CARS

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は超短パルスチタンサファイアモード同期レーザーが持つ広帯域スペクトルを利用したフーリエ変換型コヒーレント反ストークスラマン散乱(以降FT-CARS)測定により，タンパク質の変性ダイナミクスを捉えることであった。初年度はFT-CARS測定のための光源作製に取り組み，半値全幅130ナノメートル（端から端まで280ナノメートル）の広帯域なチタンサファイアレーザーの作製に成功した。次年度と最終年度を通して，高速FT-CARSシステムを完成させた。FT-CARS光学系内の干渉計において，一方の光路に周波数12 kHzで高速回転するレゾナントスキャナを組み込むことで，ポンプ・ストークス光に対して，プローブ光の相対遅延時間を42マイクロ秒周期で掃引する光学系を作製した。ベンゼンなどラマン信号が既知の物質においてFT-CARS信号を捉え，文献と比較することで，本システムが指紋領域のラマン信号を捉えられることを実証した。このFT-CARSシステムを用いて，時間変化する現象を追跡する研究を進めた。当初はタンパク質を測定対象とする予定であったが，タンパク質の調製までは間に合わなかったため，入手が容易かつ秒の時間スケールで構造が変化するものとして，エポキシ系の接着剤の急速な硬化過程に注目した。接着剤は密着性，接着強度，耐久性等の観点で技術開発が行われているが，分子スケールでの詳細な研究はまだ少ない。自発ラマン測定では分の時間スケールでの変化が報告されているが，本研究でのFT-CARS測定により一スペクトルの取得速度が桁違いに短縮され，また蛍光に埋もれることなくラマン信号を取得することができた。本手法は今後も様々な分野で分子スケールの解析が可能であり，今後は試料対象をタンパク質にも拡げていく。