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本年の研究では、希薄溶液中の単一分子からの蛍光を観測する新規手法の実現に向けて、特に、希薄溶液中などに存在する単一分子からの蛍光をより高感度に検出する新規手法の開発を行った。単一分子への効率的な励起光の作用と、単一分子からの効率的な蛍光の取り出しによる、単一分子の蛍光増強を実現するために、ナノフォトニックデバイスを利用することにした。しかしながら、従来のナノフォトニックデバイスに用いられる酸化チタンや窒化シリコンなどの高屈折率材料(屈折率:>2)は、微弱なバックグラウンド発光を有するために、単一分子への適用は困難であった。本研究では、透明高屈折率材料(屈折率:～2)である五酸化タンタルを用いることで、単一分子の蛍光増強に適用可能である超低バックグラウンド発光のフォトニックデバイス(2次元フォトニック結晶スラブ)の作製に世界で初めて成功した。作製において、酸素雰囲気下にて600℃で熱アニールすることで、作製の過程で生成した発光性の汚染物が除去され、また、五酸化タンタル中の酸素欠陥が消失し、バックグラウンド発光が大きく低下することを見出した。この結果は、生物分野で使用可能な単一分子蛍光測定の感度を向上させる透明基板としての実用化につながると期待できるとともに、蛍光を用いた蛋白質の単一分子レベルでの折り畳み過程への解明や、高感度で高時間分解能をもつ新しい単一分子蛍光測定法の開発を可能にするものである。
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