蛋白質分子の折り畳み過程解明へ向けた単一分子光子統計・実時間測定法の開発

• 研究課題/領域番号: 22750013
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 独立行政法人情報通信研究機構
• 研究代表者: 梶 貴博 独立行政法人情報通信研究機構, 未来ICT 研究所 ナノICT 研究室, 研究員 (40573134)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2012年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2010年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 蛋白質 / 生物物理 / 1 分子計測(SMD) / 共焦点顕微鏡 / １分子計測（SMD） / フォトニック結晶 / 1分子計測(SMD)

研究概要

可視光領域における低バックグラウンド発光の2 次元フォトニック結 晶の作製とその上での単一分子の蛍光増強の観測に成功した。また、2 次元フォトニックバン ドギャップの利用により、蛍光色素の配向に依存した蛍光寿命の大きな変化を見出した。本研 究の結果、単一生体分子の局所的な分光に利用可能なナノ空間を有するフォトニック結晶を用 いることで高感度な単一分子蛍光測定が可能になることを示すとともに、蛍光標識の配向を蛍 光寿命の変化から解析する新たな道筋を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Controlled Spontaneous Emission of Single Molecules in a Two-Dimensional Photonic Band Gap (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 135 号: 1 ページ: 106-109
  • DOI: 10.1021/ja3115357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orientation of a bacteriorhodopsin thin film deposited by dip coating technique and its chiral SHG as studied by SHG interference technique (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Yamada、Yoshihiro Haruyama、 Katsuyuki Kasai 、Toshifumi Terui 、 Shukichi Tanaka 、Takahiro Kaji 、 Hiroshi Kikuchi 、Akira Otomo
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: Vol.530 ページ: 113-119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orientation of a bacteriorhodopsin thin film deposited by dip coating technique and its chiral SHG as studied by SHG interference technique (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Yamada
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 530 ページ: 113-119
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2012.01.063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced fluorescence emission from single molecules on a two-dimensional photonic crystal slab with low background emission (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji、Toshiki Yamada、Rieko Ueda 、Akira Otomo
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: Vol.2 号: 14 ページ: 1651-1656
  • DOI: 10.1021/jz2006989
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of two-dimensional Ta2O5 photonic crystal slabs with ultra-low background emission toward highly sensitive fluorescence spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji、Toshiki Yamada、Rieko Ueda 、Xingsheng Xu 、Akira Otomo
  • 雑誌名: Optics Express 巻: Vol.19 号: 2 ページ: 1422-1428
  • DOI: 10.1364/oe.19.001422
  • 査読あり
• [雑誌論文] 新規な顕微鏡集光ユニット及び時間相 関単一光子計数系の開発と応用―様々 な周囲環境下及び電磁場環境下におけ る単一分子分光― (2011)
  • 著者名/発表者名: 山田俊樹、梶 貴博、上田里永子、大友 明
  • 雑誌名: 信学技報(社団法人電子情報通信学会) 巻: Vol.111、No.4 ページ: 31-36
  • URL: http://iss.ndl.go.jp/books/R000000004-I11069494-00
• [雑誌論文] Fabrication of two-dimensional Ta_2O_5 photonic crystal slabs with ultra-low background emission toward highly sensitive fluorescence spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji
  • 雑誌名: OPTICS EXPRESS 巻: 19 ページ: 1422-1428
  • 査読あり
• [雑誌論文] 新規な顕微鏡集光ユニット及び時間相関単一光子計数系の開発と応用-様々な周囲環境下及び電磁場環境下における単一分子分光- (2011)
  • 著者名/発表者名: 山田俊樹
  • 雑誌名: 信学技報(社団法人電子情報通信学会) 巻: vol.111 No.4 ページ: 31-36
• [学会発表] 単一分子の発光制御を実現する2 次元フォトニック結晶プラットフォームの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博、山田俊樹、伊都将司、宮坂 博、上田里永子、井上振一郎、大友 明
  • 学会等名: 2013 年第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学、神奈川県
• [学会発表] 2 次元フォトニックバンドギャップ中の単一分子蛍光挙動の統計的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博、山田俊樹、上田里永子、井上振一郎、大友 明
  • 学会等名: 日本化学会第93 春季年会(2013)
  • 発表場所: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス、滋賀県
• [学会発表] Control of spontaneous emission from single molecules in a photonic band gap of a two-dimensional photonic crystal slab (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji、Toshiki Yamada、Syoji Ito、 Hiroshi Miyasaka、Rieko Ueda、 Shin-ichiro Inoue 、Akira Otomo
  • 学会等名: Seventh International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE7)
  • 発表場所: Fukuoka International Cogress Center 、 Fukuoka、Japan
• [学会発表] Control of spontaneous emission from single molecules in a photonic band gap of a two-dimensional photonic crystal slab (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji
  • 学会等名: Seventh International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE7)
  • 発表場所: Fukuoka International Congress Center, Fukuoka, Japan
• [学会発表] 2次元フォトニックバンドギャップ中の単一分子蛍光挙動の統計的解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス （滋賀県）
• [学会発表] 単一分子の発光制御を実現する2次元フォトニック結晶プラットフォームの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学 （神奈川県）
• [学会発表] 2次元フォトニック結晶スラブ上の単一分子の発光挙動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶貴博
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会(2012)
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス・矢上キャンパス(神奈川県)
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 2次元フォトニック結晶スラブを用いた高感度な単一分子蛍光測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶貴博
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京都)
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Photonic crystals for enhancing fluorescence from single molecules (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji、Toshiki Yamada、Rieko Ueda、Shin-ichiro Inoue、Akira Otomo
  • 学会等名: 10th International Conference on Nano-Molecular Electronics (ICNME)
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center、Awaji、Hyogo、Japan
• [学会発表] 2次元フォトニックバンドギャップによる単一分子の自然放出抑制 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博、山田俊樹、伊都将司、宮坂 博、 上田里永子、井上振一郎、大友 明
  • 学会等名: 2012 年光化学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス、東京都
• [学会発表] 2 次元フォトニック結晶スラブ上の単一分子の発光挙動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博、山田俊樹、井上振一郎、上田里永子、大友 明
  • 学会等名: 日本化学会第92 春季年会(2012)
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス・矢上キャンパス、神奈川県
• [学会発表] 2 次元フォトニック結晶スラブを用いた高感度な単一分子蛍光測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博、山田俊樹、井上振一郎、上田里永子、大友 明
  • 学会等名: 2012 年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス
• [学会発表] Photonic crystals for enhancing fluorescence from single molecules (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji
  • 学会等名: 10th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center, Awaji, Hyogo, Japan
• [学会発表] 2次元フォトニックバンドギャップによる単一分子の自然放出抑制 (2012)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博
  • 学会等名: 2012年光化学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス （東京都）
• [学会発表] Fabrication and Characterization of a Two-Dimensional Photonic Crystal Slab with Low Background Emission for Enhancing Fluorescence Emission from Single Molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji
  • 学会等名: XXV International Conference on Photochemistry (ICP2011)
  • 発表場所: Beijing Friendship Hotel, Beijing, China
  • 年月日: 2011-10-08
• [学会発表] 低バックグラウンド発光の2次元フォトニック結晶スラブを用いた単一分子の発光制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶貴博
  • 学会等名: 2011年光化学討論会
  • 発表場所: 宮崎市河畔コンベンションエリア(宮崎県)
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] 高感度蛍光顕微鏡法実現に向けた2次元Ta_2O_5 フォトニック結晶の作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶貴博
  • 学会等名: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(アブストラクト集による発表扱い)
  • 年月日: 2011-03-27
• [学会発表] 超低バックグラウンド発光の2次元フォトニック結晶を用いたペリレンビスイミドの蛍光増強 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶貴博
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会(2011)
  • 発表場所: 神奈川大学(アブストラクト集による発表扱い)
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Enhancement of dye fluorescence using two-dimensional Ta_2O_5 photonic crystal slabs with ultra-low background emission (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji
  • 学会等名: Sixth International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE6)
  • 発表場所: Sendai International Center, Miyagi, Japan(アブストラクト集による発表扱い)
  • 年月日: 2011-03-16
• [学会発表] 低バックグラウンド発光の2 次元フォトニック結晶スラブを用いた単一分子の発光制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博、山田 俊樹、井上 振一郎、上田 里永子、大友 明
  • 学会等名: 2011 年光化学討論会
  • 発表場所: 宮崎市河畔コンベンションエリア、宮崎県
• [学会発表] Fabrication and characterization of a two-dimensional photonic crystal slab with low background emission for enhancing fluorescence emission from single molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji、Toshiki Yamada、Rieko Ueda、Akira Otomo
  • 学会等名: XXV International Conference on Photochemistry (ICP2011)
  • 発表場所: Beijing Friendship Hotel、Beijing、China
• [学会発表] 超低バックグラウンド発光の2 次元フォトニック結晶を用いたペリレンビスイミドの蛍光増強 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博、山田俊樹、上田里永子、大友 明
  • 学会等名: 日本化学会第91 春季年会(2011)
  • 発表場所: 神奈川大学、神奈川県
• [学会発表] 高感度蛍光顕微鏡法実現に向けた2 次元Ta2O5 フォトニック結晶の作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博、山田俊樹、上田里永子、大友 明
  • 学会等名: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学、神奈川県
• [学会発表] Enhancement of dye fluorescence using two-dimensional Ta2O5 photonic crystal slabs with ultra-low background emission (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji、Toshiki Yamada、Rieko Ueda、Akira Otomo
  • 学会等名: Sixth International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE6)
  • 発表場所: Sendai International Center、Miyagi、Japan
• [学会発表] Fabrication of low background two-dimensional Ta_2O_5 photonic crystals for observing fluorescence enhancement of organic dyes (2010)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji
  • 学会等名: 9th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • 発表場所: International Conference Center Kobe, Kobe, Japan
  • 年月日: 2010-12-14
• [学会発表] 2次元フォトニック結晶上に吸着した色素分子の発光挙動 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梶貴博
  • 学会等名: 2010年光化学討論会
  • 発表場所: 千葉大学(千葉県)
  • 年月日: 2010-09-08
• [学会発表] Fabrication of low background two-dimensional Ta2O5 photonic crystals for observing fluorescence enhancement of organic dyes (2010)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kaji、Toshiki Yamada、Rieko Ueda、Akira Otomo
  • 学会等名: 9th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • 発表場所: International Conference Center Kobe、Kobe、hyogo、Japan
• [学会発表] 2 次元フォトニック結晶上に吸着した色素分子の発光挙動 (2010)
  • 著者名/発表者名: 梶 貴博、上田里永子、山田俊樹、大友 明
  • 学会等名: 2010 年光化学討論会
  • 発表場所: 千葉大学、千葉県
• [備考]
  • URL: http://www2.nict.go.jp/advanced_ict/nano/103/index.html
• [備考] 研究成果
  • URL: http://www2.nict.go.jp/advanced_ict/nano/103/results/publications-new.html
• [備考]
  • URL: http://seika-kokai.nict.go.jp/jp/research/ResearchDetailsView.do;jsessionid=8FF0F6DBE467F8CB23D4B0E2541C1E34?search_psn_key=sjA2td7VXrc%3D
• [備考]
  • URL: http://www-karc.nict.go.jp/103/paper/publications2010h22.html
• [産業財産権] フォトニック結晶 (2011)
  • 発明者名: 梶 貴博、山田俊樹、大友 明
  • 権利者名: 梶 貴博、山田俊樹、大友 明
  • 出願年月日: 2011-03-03
• [産業財産権] フォトニック結晶 (2011)
  • 発明者名: 梶貴博、山田俊樹、大友明
  • 権利者名: 情報通信研究機構
  • 産業財産権番号: 2011-046586
  • 出願年月日: 2011-03-03