生体および人工分子配列系における超高速コヒーレントエネルギー移動

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750648
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 秋本 誠志 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40250477)
• キーワード: 分子配列系 / 光合成 / 励起エネルギー移動 / コヒーレント / フェムト秒 / アップコンバージョン / 蛍光 / 超高速分光

研究概要

生体および人工分子配列系に取り込まれた色素分子間の励起エネルギー移動過程を超高速蛍光分光法により追跡し、分子配列系に固有のコヒーレント光化学過程(光量子ダイナミクス)を観測するとともにその機構を明らかにすることを目標として、以下の研究を行った。
(1)ポルフィリンデンドリマーにおける超高速エネルギー移動について検討した。デンドリマー構造が球対称完全系へ移行すると、励起移動速度が大きくなることを発見した。完全デンドリマーでは励起移動がコヒーレント過程として起こり、エネルギーの散逸を小さくしていることが予想される。コヒーレント性が消失される過程を温度の関数として捕らえ、揺らぎが電子位相緩和に与える効果を考察する予定である。
(2)種々のアントラセン2量体について蛍光異方性減衰曲線を測定し、励起子伝搬に伴う量子ビートを2つのアントラセン間の配向の関数として観測することに成功した。量子ビートの振動周期は2分子間の相互作用エネルギーに、電子位相緩和時間は2分子の相対的な配置に依存することを初めて実験的に示した。
(3)緑藻ミルの光捕集アンテナ色素タンパク質におけるカロテノイドからクロロフィルへの光励起エネルギー伝達過程について検討した。高効率エネルギー移動は、カロチノイドの第一電子励起状態のみを介して実現されていることがわかった。カロチノイドの蛍光異方性は緑藻ミル中で特異的な挙動を示しており、現在、励起移動機構との関連を検討中である。

研究成果

• [文献書誌] M.Mimuro, T.Ookubo, D.Tkahashi, T.Sakawa, S.Akimoto, I.Yamazaki, H.Miyashita: "Unique fluorescence properties of a cyanobacterium Gloeobacter violaceus PCC 7421 : Reasons for absence of the long-wavelength PSI Ch1 a fluorescence at -196℃"Plant Cell Physiol.. 43. 587-594 (2002)
• [文献書誌] Y.Arima, S.Akimoto, T.Yamazaki, M.Shibata, S.Hirohara, S.Yano, T.Kakuchi, I.Yamazaki: "Excitation relaxation dynamics and molecular dispersion of maltohexaose-linked tetraphenylporphyrins in aqueous solution"Chem. Phys. Lett.. 361. 152-158 (2002)
• [文献書誌] S.Akimoto, I.Yamazaki, M.Mimuro: "Excitation energy transfer from carotenoids probed by Femtosecond time-resolved fluorescence spectroscopy"J. Photoscience. 9. 78-81 (2002)
• [文献書誌] 秋本誠志, 山崎巌, 三室守: "光合成カロチノイドの励起緩和ダイナミクス"レーザー研究. 31(印刷中). (2003)
• [文献書誌] 三室守, 秋本誠志, 山崎巌: "光合成アンテナ系での励起エネルギー転移過程と転移機構 -フェムト秒,ピコ秒領域時間分解蛍光スペクトル法による解析-"レーザー研究. 31(印刷中). (2003)
• [文献書誌] M.Mimuro, S.Akimoto: ""Energy transfer processes from fucoxanthin and peridinin to chlorophyll", in "Photosynthesis in Algae (A.W.D. Larkum, S. Douglas, and J.A. Raven (Eds.))""Kluwer Academic Publishers -The Nederlands (印刷中). (2003)