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2008 Fiscal Year Annual Research Report

励起状態の振動制御による光合成系エネルギー伝達過程の高効率化の研究

Research Project

Project/Area Number 19340076
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

吉澤 雅幸  Tohoku University, 大学院・理学研究科, 准教授 (60183993)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 橋本 秀樹  大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50222211)
Keywordsエネルギー移動 / 光合成 / 超高速分光 / カロテノイド / 振動緩和 / 振動制御 / カーボンナノチューブ / 色素蛋白複合体
Research Abstract

本研究では、光合成の初期過程で起こるカロテノイドからクロロフィルへの超高速エネルギー移動の機構を解明することを目的としている。特に、フェムト秒誘導ラマン分光を吸収・発光分光と同時に用いることで励起状態の振動準位の役割を解明する。試料には自然由来のものだけでなく人工の色素蛋白複合体を系統的に用いる。
代表者(吉澤)は、初期状態を制御してエネルギー移動過程の研究を行うために、フェムト秒吸収分光装置に用いる励起光の改良を行った。現有の光パラメトリック増幅装置(OPA)を改良して30フェムト秒以下の超短パルス発生を行い、購入した位相制御器と組み合わせることでパルス波形の制御を達成した。さらに赤外OPAに第二高調波および和周波発生装置を付け加えることで、可視から近赤外の幅広い励起光発生を行った。これら2つの励起光を用いることで光学禁制準位を含めて任意の励起状態を出発点とする研究が可能となった。
改良した装置をカロテノイド、光合成系の色素蛋白複合体、およびカロテノイド内包カーボンナノチューブ(CNT)に応用した。カロテノイドでは光学禁制であるS_1励起状態を2光子励起することで、その振動状態を制御して緩和過程の測定を行った。色素蛋白複合体では、エネルギーのアクセプターであるバクテリオクロロフィルを前駆励起光で励起状態にすることでエネルギー移動過程の制御を試みた。CNTでは、波長可変励起光により初期励起状態を変えることで、CNTとカロテノイド間の相互のエネルギー移動を明らかにした。
分担者(橋本)は、測定に用いるカロテノイド類および色素蛋白複合体を代表者に供給した。さらに、カロテノイドの基底状態の振動を明らかにするために、超短パルス光による過渡回折格子信号の測定を行った。

  • Research Products

    (18 results)

All 2009 2008

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (11 results)

  • [Journal Article] Ultrafast energy transfer between single-walled carbon nanotubes and encapsulated β-carotene2009

    • Author(s)
      K. Abe
    • Journal Title

      Carotenoid Science 14(in press)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrafast dynamics of light-harvesting function of β-carotene in carbon nanotube2009

    • Author(s)
      M. Yoshizawa
    • Journal Title

      Ultrafast Phenomena XVI, Springer Series in Chemical Physics (in press)

  • [Journal Article] 出前授業における光学デモ実験と最先端研究の紹介-分光からみたエネルギー問題-2009

    • Author(s)
      吉澤雅幸
    • Journal Title

      東北物理教育 18

      Pages: 12-16

  • [Journal Article] Light-harvesting function of β-carotene inside carbon nanotubes explored by femtosecond absorption spectroscopy2008

    • Author(s)
      K. Abe
    • Journal Title

      Phys. Rev. B 77

      Pages: 165436/1-6

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The S1 relaxation kinetics of all-trans-β-carotene explored by two-photon excitation2008

    • Author(s)
      D. Kosumi
    • Journal Title

      Carotenoid Science 13

      Pages: 49-52

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrafast excited energy transfer from β-carotene inside single-walled carbon nanotubes2008

    • Author(s)
      K. Abe
    • Journal Title

      Carotenoid Science 13

      Pages: 46-48

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Energy dissipation in the ground-state vibrational manifolds of β-carotene homologues : A sub-20-fs time-resolved transient grating spectroscopic study2008

    • Author(s)
      M. Fujiwara
    • Journal Title

      Phys. Rev. B 77

      Pages: 205118/1-10

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] カーボンナノチューブと内包β-カロテン問の超高速エネルギー移動2009

    • Author(s)
      阿部健太
    • Organizer
      日本物理学会第64回年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-30
  • [Presentation] β-カロテンS1励起状態の振動選択二光子励起後の過渡吸収スペクトル2009

    • Author(s)
      吉澤雅幸
    • Organizer
      日本物理学会第64回年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-30
  • [Presentation] パルス繰り返しに同期したフェムト秒広帯域検出システムの構築と光合成初期過程への応用2009

    • Author(s)
      殿内規之
    • Organizer
      日本物理学会第64回年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-28
  • [Presentation] 再構成されたLH1複合体の光反応初期過程2009

    • Author(s)
      中村亮介
    • Organizer
      日本物理学会第64回年次大会
    • Place of Presentation
      立教大学
    • Year and Date
      2009-03-28
  • [Presentation] 2光子励起フェムト秒時間分解吸収分光を用いた・-caroteneの超高速緩和過程の研究2008

    • Author(s)
      小澄大輔
    • Organizer
      第2回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2008-09-25
  • [Presentation] Ultrafast relaxation kinetics of all-tarns-carotenoid explored by linear and nonlinear excitations2008

    • Author(s)
      D. Kosumi
    • Organizer
      The ESF Workshop "Novel Methods in Exploring Carotenoid Excited State Dynamics
    • Place of Presentation
      Nove Hrady, Czech
    • Year and Date
      2008-09-22
  • [Presentation] フェムト秒時間分解発光及び吸収分光によるカロテノイド類における超高速緩和過程の研究2008

    • Author(s)
      小澄大輔
    • Organizer
      光化学討論会2008
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2008-09-12
  • [Presentation] 単層カーボンナノチューブに内包されたβ-カロテンの超高速エネルギー移動2008

    • Author(s)
      吉澤雅幸
    • Organizer
      第22回カロテノイド研究談話会
    • Place of Presentation
      沖縄
    • Year and Date
      2008-06-29
  • [Presentation] Excitation energy dependence of the S_1 relaxation kinetics of all-trans-β-carotene explored by the two-photon excitation2008

    • Author(s)
      D. Kosumi
    • Organizer
      The 15th International Conference on Carotenoids
    • Place of Presentation
      Okinawa, Japan
    • Year and Date
      2008-06-26
  • [Presentation] Ultrafast excited energy transfer of β-carotene in single-walled carbon nanotubes2008

    • Author(s)
      M. Yoshizawa
    • Organizer
      The 15th International Conference on Carotenoids
    • Place of Presentation
      Okinawa, Japan
    • Year and Date
      2008-06-25
  • [Presentation] Ultrafast dynamics of light-harvesting function of β-carotene in carbon nanotubes2008

    • Author(s)
      M. Yoshizawa, K. Abe, D. Kosumi, K. Yanagi, M. Miyata, H. Kataura
    • Organizer
      The 16th International Conference on Ultrafast Phenomena
    • Place of Presentation
      Stresa, Italy
    • Year and Date
      2008-06-11

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Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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