2021 Fiscal Year Annual Research Report
Visualization of chirality structures by high precision circular dichroism imaging
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21H04641
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
岡本 裕巳 分子科学研究所, メゾスコピック計測研究センター, 教授 (20185482)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成島 哲也 分子科学研究所, メゾスコピック計測研究センター, 助教 (50447314)
小西 邦昭 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (60543072)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 円偏光二色性 / 顕微イメージング / 遠紫外 / フォトニック結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はまず，高繰り返しレーザーを用いた100MHzレベルの新たな高速円偏光変調手法による，CD顕微イメージングの有効性を確認する実験解析を行った。本研究予算で白色パルスレーザー光源を購入し，その特定波長を切り出して可変波長単色パルス光源として用いた。直線偏光パルスを２つの直交する偏光に分け，光学遅延回路を通経た後に再び同軸に戻すことで，縦と横の偏光を交互に高繰り返し率で出力させる。これを1/4波長板に通すことにより，右円偏光パルスと左円偏光パルスが交互に射出する高速円偏光変調光源を得て，顕微光学系に導入し，試料を走査して顕微CDイメージを得た。これによって様々な試料で高精度の顕微CD計測が可能であることを確認した。
いくつかのキラル構造を有するナノ・マイクロ物質（結晶性物質，生体物質等）のイメージングを実施した。発光性の試料については，円偏光入射に伴う試料からの発光強度を計測し，その左右円偏光入射時の差を測定することでCDイメージを観察すること（発光励起CDイメージング）に成功した。
短波長域でのCD計測に向けた取り組みとして，フェムト秒パルスレーザーを用いた円二色性計測システムの構築を進め，波長260nm以下の深紫外領域において，生体分子の円二色性スペクトルを計測することに成功した。具体的には，深紫外領域で波長可変なフェムト秒レーザーパルスの繰り返し周波数と，円偏光変調を与える光弾性変調器の変調周波数を同期する手法を確立し，円偏光パルス列から円二色性信号を抽出する光学系を構築した。市販の円二色性計測装置でフェニルアラニン水溶液の円二色性スペクトルを計測し，同じ試料を今回構築したシステムで計測したところ，観測される円二色性スペクトルのふるまいが一致することが確認でき，深紫外円二色性を正しく計測出来ていることを強く示唆する結果を得た。
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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
高繰り返しレーザーを用いたCD顕微イメージングの有効性を確認することができ，いくつかのキラル構造試料に対するCDイメージング観察で，その実用性を示すことができた。また発光性試料では発光励起CDイメージングの有効性も示された。短波長域でのCD計測に向けて，深紫外域でのパルス円偏光の発生と，それによるCD計測が実現しており，近い将来にこれを用いたCDイメージングを行う基盤が整備されつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画に従い，光学チョッパの改良，試料スキャン方法の改良，反射型配置法の試験の推進，発光励起CD検出法の開発推進，測定波長域の拡張等を引き続き行っていく。同時に，様々なキラル構造ナノ・マイクロ物質のCDイメージング計測を，共同研究を含めて行い，装置のポテンシャルを検証する。深紫外域の測定については，本年度に構築したシステムのさらなる改良を進め，CDの定量的な測定を目指す。深紫外領域におけるCDイメージングの実現に向け，局所領域のCD信号を計測可能な顕微分光システムの構築を進める。
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