光熱変換現象と化学計測

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07102004
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 澤田 嗣郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90011105)
• 研究分担者: 原田 明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (90222231) ; 北森 武彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (60214821)
• キーワード: 光熱変換現象 / 無輻射プロセス / 溶液化学 / 固液界面化学 / 少数分子 / 微小空間 / 超高速現象 / レーザー分光分析

研究概要

分子は光を吸収すると高いエネルギーの状態に遷移し、その後、光か熱を放出して元の状態に戻る。より普遍的な発熱過程を観測して、液体中にある単一分子を検出できるだろうか。物質内での光から熱への変換現象(光熱変換現象)を探求し、新原理の超高感度分光分析法を実現してきた我々は、本研究で、その極限「液中単一分子検出」に挑戦している。同時に、光熱変換現象の本質は、分子が周囲分子へエネルギーを分かち熱として発現する過程だと考え、関連深い液相内化学反応過程やナノ空間分子挙動の追跡など「極限化学計測への展開」を目指している。
本年度は、昨年度に立上げた装置で本格的な実験に入った。昨年度完成した精密環境制御装置の内部に、単分子検出のための紫外光学顕微鏡システム、極限化学計測用のレーザーシステムを設置、実験用光学系を試作した。信号検出も実現し、装置性能の評価、データの解析を始めた。また、化学反応場として核をなすマイクロチップ(MC)の設計を、東京大学大学院産業機械工学専攻・畑村洋太郎教授の協力の下に進めた。本年度新たに得られた主要な知見は以下の通り。(1)液中超微粒子の計数。1μm径光ビームで100μm角流路内の超微粒子(直径80nm)の計数に成功した。(2)MC内生体反応の検出。神経伝達物質の検証実験を例に、微少空間内生体反応による超微量化学種放出反応の検出に成功した。(3)固液界面での超高速現象の吸着種依存性の発見。電解質水溶液中の白金薄膜系で、信号挙動と電解質との強依存関係を見いだし、吸着分子と金属とのpsの時間の反応に関わる新たな光熱変換現象として提案した。(4)表面プラズモンが関わった高速高熱変換時の異常現象の発見。ガラス基板上の金薄膜系において、素励起の一種であるプラズモンの光学的な励起に伴って、高速光熱変換信号の増幅とともに、その時間応答挙動に異常を示すことを発見し、機構を解明した。

研究成果

• [文献書誌] Kenji Katayama,Qing Shen,Akira Harata,Tsuguo Sawada: "Unusual Enhancement of Transient Reflecting Grating Signal Under a Plasmon Resonance Condition" Applied Physics Letters. 69. 2468-2470 (1996)
• [文献書誌] Takuya Shimosawa,Takehiko Kitamori,Akira Harata,Tsuguo Sawada: "Fuzzy Linear Regression Curves in Ultratrace Analysis and Analytical Interpretation." Analytical Science. 12. 385-391 (1996)
• [文献書誌] Takayuki Tanaka,Akira Harata,Tsuguo Sawada: "Imagings of Picosecond-Photoexcited Carriers and Enhanced Auger Recombination Rate by Transient Reflecting Grating Measurements." Japanese Journal of Applied Physics. 35. 3642-3647 (1996)
• [文献書誌] Qing Shen,Akira Harata,Tsuguo Sawada: "Theory of Transient Reflecting Grating (TRG) in Fluid/Matallic Thin Film/Substrate Systems for Thin Film Characterization and Electrochemical Investigation." Japanese Journal of Applied Physics. 35. 2339-2349 (1996)
• [文献書誌] Akira Harata,Qing Sheng,Tsuguo Sawada: "Hypersonic Investigation of Electrochemical Interfaces." Physica B. 219/220. 629-631 (1996)
• [文献書誌] Kenji Katayama,Qing Shen,Akira Harata,Tsuguo Sawada: "GHz Ultrasonic Measurement Using a Transient Reflecting Grating Method Under a Surface Plasmon Resonance Condition." Proceedings of 3^<rd> Joint Meeting Acoustical Society of America and Acoustical Society Japan. 575-578 (1996)
• [文献書誌] Hiroko Kimura,Shigetaka Matsuzawa,Chao-YiTu,Takehiko Kitamori,Tsuguo Sawada: "Ultrasensitive Heterogeneous Immunoassay Using Photothermal Deflection Spectroscopy 2.Quantitation of Ultratrace Carcinoembryonic Antigen in Human Sera." Analytical Chemistry. 68. 3063-3067 (1996)
• [文献書誌] Akira Harata,Akihide Hibara,Tsuguo Sawada: "Ultrafast Photothermal and Photoacoustic Measurement of Solid/Liquid Interfaces." Proceedings of 3^<rd> Joint Meeting Acoustical Society of America and Acoustical Society Japan. 579-580 (1996)
• [文献書誌] Ryuichi Takamoto,Ryujiro Namba,Shinya Yamamoto,Tasuku Takamatsu,Masahiro Matsuoka,Tsuguo Sawada: "Percutaneous absorptiometry by a laser photoacoustic method and its applications (Accounts)" 分析化学. 45. 225-238 (1996)
• [文献書誌] 原田 明、澤田 嗣郎: "過渡反射格子法を用いた表面・界面計測と高速光熱変換分光法" ぶんせき. 45. 225-238 (1996)