2019 Fiscal Year Annual Research Report
Single-molecule absorption spectroscopy
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19H02665
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
近藤 徹 東北大学, 理学研究科, 助教 (30452204)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | １分子分光 / 顕微分光 / １分子吸収 / 生体光反応 / エネルギー移動 / 電子移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度となる当該年度は１分子吸収測定に向けて顕微分光装置の開発研究に取り組んだ。最終的な測定対象は可視域に吸収をもつ光合成タンパク質などの生体光受容タンパク質なので、可視光域の幅広い波長帯を出力できるレーザー光源が必要となる。そこで、スーパーコンティニュウム（SC）光源を作製した。fsパルスレーザー（SpectraPhysics社、Synergy）を非線形光学結晶ファイバ（NKT Photonics社、FemtoWHITE）に集光することで、500 nm ～ 800 nm波長帯のSC光を発生させた。バンドパス光学フィルターで必要な波長域の光を取り出せる。これを自作の共焦点顕微鏡に導入することで顕微観測を行う。サンプルをピエゾステージにセットし、サンプル位置を走査することで画像データを取得する。蛍光検出光路を組み込むことで、吸収と蛍光を同時に観測できる。これまでに蛍光検出型の共焦点顕微鏡を作製し、色素分子（Biotium社、CF800）の１分子蛍光イメージングに成功した。光の回折限界（～300 nm）程度の空間分解能で測定できる。これに加え、現在は吸収検出光路を構築している。２つの光路を設置し、一方に遅延光学系を組み込んだ。これにより、時間差をつけて２つのパルス光をサンプルに照射することができ、pump-probe型の過渡吸収測定が行える。最大 20 Hzで最長 15 psの遅延時間を走査できるため、高速でデータを取得できる。装置が構築でき次第、当初の計画通り色素ビーズを用いた性能評価実験を行う予定である。
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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
初年度は顕微分光装置の開発および簡便なテスト実験を行う計画であった。光学系をゼロから組み上げる必要があったため、多少の時間を要することは想定していたが、第一段階である共焦点顕微鏡の開発は特に問題なく達成できた。実際に作製した共焦点顕微鏡を用いて１分子の蛍光測定に成功した。これに加え吸収測定光路も開発中であり、近々完成予定である。測定系ができ次第、当初の計画通り色素ビーズを用いた吸収測定実験に進む予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
吸収顕微装置の開発を継続して行う。本研究の核となる干渉検出系に加え、新たにバランス検出器を導入することで測定感度を向上させる方針である。光の干渉制御に必須である空間光位相変調器（SLM）と信号検出に用いる高感度CMOSカメラは当該年度に購入した。また、バランス検出器は近々導入する予定である。これらを組み込むことで１分子吸収検出に耐える測定感度を達成する。完成後は色素ビーズを用いて性能評価実験を行う。最初は大きなビーズ（10^10個程度の色素分子を内包する）を用いて測定系の最適化を行い、徐々にビーズサイズを小さくしていき、最終的に１分子感度を達成する。その後は、自己会合型の色素ナノチューブ分子を計測し、分子内のエネルギー移動過程を解析する。それらが達成されたら、最終目標である光合成反応中心タンパク質の過渡吸収測定に進む。光合成光電変換過程に関わる電子移動反応を１分子レベルで解析し、タンパク質の構造ダイナミクスの影響を定量評価する。
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