2014 Fiscal Year Annual Research Report
温度可変単一分子蛍光分光による励起状態反応素過程に対する構造揺らぎ効果の解明
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24550018
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| Research Institution | Rikkyo University |
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Principal Investigator |
三井 正明 立教大学, 理学部, 教授 (90333038)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 単一分子蛍光分光 / 電荷移動 / 励起状態 / 蛍光ブリンキング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、１分子計測により１個１個の分子の励起状態素過程の速度論的情報を取得し、周辺環境の不均一性が反応速度に及ぼす影響を定量的に明らかにすることを目的としている。本年度は、以下の成果を得た。
(1) SB2は新規に開発されたD-π-D型四重極子型色素であり、非常に優れた吸収・発光特性を示す。本研究では、固体高分子中やガラス-高分子界面におけるSB2の単一分子蛍光分光を行い、この分子がどのような励起状態挙動を示すかについて調べた。その結果、SB2は周囲環境の極性や剛性に応じて発光特性（特に蛍光寿命）を顕著に変化させることが分かった。すなわち、SB2は1分子レベルで検出可能な環境敏感蛍光プローブとして優れた能力を持っていることが明らかとなった。
(2)分子内にカルボキシル基を持つペリレンジイミド誘導体（PDI-COOH）をガラス表面に固定化し、その蛍光ブリンキングの統計的挙動を調べることで、ガラス界面おけるPDI-COOHの光誘起電荷移動過程に関する研究を行った。蛍光強度の時間変化には、秒オーダーの長いoff-timeが頻繁に観測されたことから、蛍光ブリンキングは色素とガラス表面に存在する電荷トラップサイト（Na+などの陽イオン）との間の光誘起電荷移動反応によるものと帰属した。そこで各単一分子の蛍光強度の時間変化をヒストグラム法によって解析し，計76分子のデータを合わせてon-timeおよびoff-timeの確率密度分布を得た。その結果、on-time，off-time分布ともに，べき乗則関数で分布が良く再現され，off-time分布のスケーリング指数の値として1.05が得られた。これは、最近，Marcusらが提唱した２次元電荷拡散モデルで普遍定数として予想されている1.1という値と良く一致した。この結果は、ガラス表面において離散的なエネルギー準位を形成する電荷トラップサイト（陽イオン）が2次元拡散しながら、単一励起色素と電荷移動反応を起こしていることを示唆している。
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