分光分子検出の新機軸：多色多光子光熱変換分光法の開拓

• 研究課題/領域番号: 18H03915
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分34:無機・錯体化学、分析化学およびその関連分野
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 原田 明 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (90222231)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円); 2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2020年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2019年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2018年度: 24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円)
• キーワード: 2色2光子励起 / 光熱変換 / 非蛍光性化学種 / 超高感度検出 / 紫外レーザー分光 / 多色多光子吸収 / ヘテロダイン検出 / 偏光依存性 / 光音響 / 偏光特性 / 円偏光 / 溶液物理化学

研究成果の概要

重要性が高く微量な生体・環境関連の溶液中化学種の多くは、紫外域にのみ光吸収を持ち、非蛍光性である。それらを無修飾のままで高感度検出できる汎用的計測法が求められる。深紫外光励起光熱変換ヘテロダイン計測法を発展させ、汎用性・高感度性・化学種選択性を併せ持つ、多種化学種の無標識・超高感度検出技術の開発に挑んだ。全固体レーザーを励起光源とし深紫外吸収帯の多色多光子励起を実証した。非蛍光性化学種について2色2光子励起による熱レンズおよび光音響スペクトル測定に成功した。高速液体クロマトグラフィーの光熱変換ヘテロダイン検出による分離検出装置性能、単色・2色2光子励起光音響スペクトルの特徴をまとめ、公開した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

新しい計測技術が、科学技術の発展の礎となる例、また、安全・安心な社会を実現する上での実用的重要性を示す例には事欠かない。蛍光性化学種の高感度検出がもたらした技術革新は顕著である。一方、化学修飾に適さない非蛍光性化学種には敢えて触れないことも一部習慣化されており、科学技術の課題でもある。本研究は、重要性が高く微量な生体・環境関連の溶液中化学種の無修飾・高感度検出において、次の２つの点を実証したことに重要な意義がある。２色２光子励起により深紫外吸収帯を励起できること。光熱変換検出により無蛍光性化学種が高感度分離・検出できること。これらは、非蛍光性化学種の汎用的な高感度検出実現に貢献するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Two-photon photoacoustic spectroscopy of liquid solutions under degenerate and non-degenerate laser excitation (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiori Sakurai, Miki Isoda, Akira Harata
  • 雑誌名: Japanese journal of applied physics 巻: 62 号: SJ ページ: SJ1001-SJ1001
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acb063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Methodology for measuring two-color two-photon photoacoustic spectra of chemical species in liquid solutions (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiori Sakurai, Miki Isoda, Akira Harata
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 巻: 43
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a photoacoustic spectrometer for two-photon absorption using a femtosecond laser (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Tomimaru, Miki Isoda, Akira Harata
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 巻: 43
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultraviolet and Deep-Ultraviolet Excitation Photothermal Heterodyne Interferometer Combined with Semi-Micro HPLC (2021)
  • 著者名/発表者名: Miki Isoda, Toshihiko Abe, Kai Aoki, Akira Harata
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 37 号: 6 ページ: 911-916
  • DOI: 10.2116/analsci.20P328
  • NAID: 130008050695
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • 年月日: 2021-06-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultraviolet-Excitation Photothermal Heterodyne Interferometer as a Micro-HPLC Detector (2019)
  • 著者名/発表者名: Miki ISODA, Makoto FUKUMA, Akira HARATA
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 35 号: 12 ページ: 1311-1315
  • DOI: 10.2116/analsci.19P190
  • NAID: 130007760259
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • 年月日: 2019-12-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 液体中化学種の二色二光子光音響スペクトル測定法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 櫻井 栞 礒田 美紀 原田 明
  • 学会等名: 第 43 回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] フェムト秒レーザーを用いた二光子吸収の光音響分光分析装置の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 冨丸 和希 礒田 美紀 原田 明
  • 学会等名: 第 43 回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] グラジエント溶離セミミクロHPLC/紫外光熱変換ヘテロダイン干渉検出による無標識ニトロ多環芳香族炭化水素の高感度分離分析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 原田 明、木原 香澄、山中 雄太、礒田 美紀
  • 学会等名: 日本分析化学会71年会
• [学会発表] 光音響検出による液体試料の二光子吸収スペクトル測定法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 櫻井 栞 礒田 美紀 原田 明
  • 学会等名: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [学会発表] フェムト秒レーザー照射による二光子吸収の光音響分光検出による分析装置の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 冨丸 和希 礒田 美紀 原田 明
  • 学会等名: 第59回化学関連支部合同九州大会
• [学会発表] セミミクロHPLC/光熱変換ヘテロダイン干渉分光法を用いた環境関連物質の無標識・高感度分離分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木原 香澄、礒田 美紀、原田 明
  • 学会等名: 日本分析化学会70年会
• [学会発表] セミミクロHPLC/光熱変換ヘテロダイン干渉分光法を用いた生体・環境関連物質の無標識・高感度分離分析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木原 香澄、礒田 美紀、原田 明
  • 学会等名: 第58回化学関連支部合同九州大会
• [学会発表] 2色2光子熱レンズ検出と2光子吸収スペクトル (2020)
  • 著者名/発表者名: 原田 明、上戸 あいら、小平田 新十郎、礒田 美紀
  • 学会等名: 日本分析化学会69年会
• [学会発表] Development of Laser Excitation Thermal Lens Spectroscopy by Deep Ultraviolet Excitation (LETLS-213) (2019)
  • 著者名/発表者名: Aira KAMITO, Miki ISODA, Akira HARATA
  • 学会等名: 5th International Exchange and Innovation Conference on Engineering & Sciences
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Multiphoton Excitation Thermal Lens Spectroscopy for Label-Free and High-Sensitive Detection (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinjuro KOHIRATA, Miki ISODA, Akira HARATA
  • 学会等名: 第40回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] Deep Ultraviolet Excitation Thermal Lens Spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: KAMITO Aira, ISODA Miki, HARATA Akira
  • 学会等名: 21st Cross Straits Symposium on Energy and Environmental Science and Technology (CSS-EEST)
  • 国際学会
• [学会発表] HPLC/光熱変換ヘテロダイン干渉法を用いたニトロ多環芳香族炭化水素の高感度分析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 礒田 美紀、安倍 聡彦、原田 明
  • 学会等名: 総合技術研究会2019九州大学
• [学会発表] Development of Thermal Lens Spectroscopy by Deep Ultraviolet Excitation for Label-Free and High-Sensitive Detection for Micro-Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: KOHIRATA, Shinjuro; ISODA,Miki; HARATA, Akira
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
  • 国際学会
• [学会発表] マイクロ流路デバイスを用いた深紫外光励起熱レンズ分光法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩坂 諒、原田 明、磯田 美紀
  • 学会等名: 第55回化学関連支部合同九州大会
• [学会発表] セミミクロHPLC/紫外光励起光熱変換検出法を用いたニトロ多環芳香族炭化水素の高感度分析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 原田 明、安部 聡彦、岩坂 諒、礒田 美紀
  • 学会等名: 日本分析化学会第67年会
• [備考] 九州大学大学院総合理工学府原田・薮下研究室
  • URL: https://www.mm.kyushu-u.ac.jp/lab_07/
• [備考] 九州大学研究者情報「原田 明」
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K000367/index.html
• [備考] 研究者プロファイリングツール 九州大学Pure
  • URL: https://kyushu-u.pure.elsevier.com/ja/persons/akira-harata
• [備考] 九州大学大学院総合理工学府原田・薮下研究室
  • URL: http://www.mm.kyushu-u.ac.jp/lab_07/
• [備考] 「原田 明」教育研究関連のデータベース
  • URL: http://www.mm.kyushu-u.ac.jp/lab_07/members/harata/AHDB_01.html