| 研究領域 | 光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05108
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
小澄 大輔 熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 准教授 (70613149)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 光合成 / 超高速現象 / エネルギー移動 / 電子コヒーレンス / 極超短光パルス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
クリーンサブ10フェムト秒光パルス発生技術を確立し、これまで構築した高感度分光検出システムと組み合わせることで、電子・振動コヒーレンスの絶対位相決定が可能な測定を実現する。本申請で構築したコヒーレント分光システムを用いて、天然・人工光合成系物質の実時間振動分光計測を行う。位相・強度敏感な実時間振動計測を極限的弱励起条件下で行うことで、光合成色素分子間電子コヒーレンス散逸過程の詳細が明らかになり、光合成色素分子間相互作用の実時間発展という観点から超高効率エネルギー伝達機構を分子レベル解明する。得られた研究成果をもとに、人工光捕集系構築の提案を行う。
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| 研究実績の概要 |
2021年度は、光合成初期反応過程において、極限的時間領域で起こる超高速光誘起現象を分子レベルで解明することを目的とした。光合成色素タンパク複合体に結合する光合成色素分子と、その周辺環境であるタンパク質との相互作用を反映する電子・振動コヒーレンスの実時間計測が可能なサブ10フェムト秒コヒーレント分光計測を構築し、光合成色素タンパク複合体の計測を行った。また、様々な時間領域をカバーできる時間分解計測を組み合わせることで、幅広い時間スケールでの光誘起輸送現象の解明を行った。具体的には、（1）可視域及び近赤外領域におけるサブ10フェムト秒光パルスを用いたコヒーレント分光計測、（2）100フェムト秒ポンプ・プローブ分光計測、（3）単一光子計数法を用いたピコ秒時間分解発光分光計測を行った。
（1）可視域では非同軸光パラメトリック増幅器、近赤外領域では中空糸ファイバーパルス圧縮及び直交偏光波発生によりサブ10フェムト秒光パルスの発生を行った。可視域分光では、シアノバクテリア由来集光アンテナ・フィコビリソームの一部を形成するフィコシアニン三量体において、多数の量子状態を形成しその量子状態間のコヒーレンスが観測された。近赤外域分光では、緑色硫黄細菌の光捕集の一部を賄う、FMOタンパク質において色素分子間コヒーレンスが観測された。いずれの場合も室温条件では、コヒーレンス時間は数百フェムト秒以下であったものの、このコヒーレンス時間内で起こるエネルギー移動が観測されていることから、高効率エネルギー伝達にコヒーレンスが関与することが示唆される。（2）、（3）の計測により、シアノバクテリア、紅藻、渦鞭毛藻、緑色硫黄細菌、ヘリオバクテリアにおけるエネルギー伝達および電子移動過程が解明された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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