2020 Fiscal Year Research-status Report
Chiroptical Spectroscopy of Molecules Captured by Plasmonic Optical Tweezers
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19K15514
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
橋谷田 俊 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 基礎科学特別研究員 (40805454)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | キラリティ / 円偏光蛍光 / 光学活性 / プラズモン / 近接場光 / ナノイメージング / 表面増強分光法 / 光圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，アキラルな（キラルでない）金属ナノ構造がナノ空間に創る強くねじれた光電場の発生領域に光圧を活用してキラル分子を配置することで光と分子の相互作用効率を高め，キラル分子の光学応答を増強することを目指している。本年度はまず，昨年度に構築した偏光顕微鏡の改良に取り組んだ。具体的には，レーザー光の集光スポットの中にナノ構造を配置するためにピエゾステージを導入し，またレーザー光を照射した試料の蛍光を計測できる光学系を組み込んだ。改良した偏光顕微鏡の性能評価のため，キラル金ナノ構造とアキラル蛍光分子の共存系における蛍光の二次元マップを取得したところ，ナノ構造の存在する位置で蛍光の増強が観測された。さらに，蛍光の円偏光度のスペクトルを計測したところ，分子が蛍光を発する波長領域で円偏光発光（g値~0.1）が観測されるという先行研究と同様の結果が得られた。次に，文科省「ナノテクノロジープラットフォーム」事業における「分子・物質合成プラットフォーム」で分子科学研究所・椴山研究室に合成を依頼した可視光領域で光吸収を示すキラル蛍光分子のキラリティ検出実験を実施した。直線偏光励起したキラル金ナノ構造とキラル蛍光分子の共存系における円偏光蛍光を観測することで分子キラリティ検出を試みた。しかし，円偏光蛍光スペクトルの符号はナノ構造のキラリティに依存しており，共存させた分子のキラリティ依存性は観測できなかった。これは励起光波長（532 nm）においてキラル金ナノ構造のキラル光学応答（円二色性）がほぼゼロであり，ナノ構造の創る近接場光のキラリティがほぼゼロのため，キラル分子を左右のキラル近接場光で励起できなかったためだと考えられる。波長532 nmにおいてキラル金ナノ構造がキラル光学応答をほぼ示さない原因として，金のバンド間遷移の影響によりプラズモン励起が困難であることが考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究では，金属ナノ構造体が発生する強くねじれた光電場とキラル分子の強い相互作用を誘起することを目標としているが，今年度は新型コロナウイルス感染拡大による影響により実験研究が遅れている。いまだナノ構造体を用いたキラル分子の検出には至っていないため，補助事業期間を延長し課題の達成を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験研究により，金属ナノ構造と共存するキラル分子を蛍光により検出するためには，励起光波長においてキラル光学応答を示すナノ構造が必須であることが明らかになった。今後は，銀やアルミなどの材料を用いることで，波長532 nmでキラルなプラズモン共鳴を示すナノ構造を作製し，キラル分子検出に用いる。
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