研究課題
光合成は、天然の太陽光エネルギー変換システムであり、その反応機構の解明、ならびに応用は、近年ますます重要性を増している。電子スピン磁気共鳴（ESR）は、かなり古くから光合成研究に用いられてきた研究手法であり、本研究でも主要な実験法として用いてきた。特に、超高感度・高分解の高周波（94GHz）ESRは、光合成研究に欠かすことができない。しかし、高周波ESRの共振器は、光照射のための窓を有していないことが一般的であり、光照射効率が悪い。本研究では、理論および実験から、測定に影響を及ぼさない最適な光照射用窓を作成し、光ファイバーを用いた高効率光照射を実現した。その有用性は、標準試料（C60フラーレンおよび亜鉛ポルフィリン）を用いて確認し、さらに光合成タンパク質に対しても応用し、確認した。また、パルス化したマイクロ波を用いるパルスESR法は、マイクロ波による飽和回避や、任意の情報を選択的に得るために不可欠であるが、日本国内で高時間分解能を有する94GHz ESRは皆無であった。自作のパルス制御システムを構築するとともに、高出力マイクロ波発振器を導入することで、これを実現した。その有用性は、標準試料（水分子が配位したマンガン錯体）を用いて行い、高感度での信号の観測、ならびに配位子であるプロトンのNMR信号のESR観測（EDNMR: ESR-detected NMR）を実現した。これを光合成タンパクに応用し、酸素発生中心マンガンクラスターのパルスESR信号を、高効率で観測することに成功した。さらには、S2状態にあるマンガンクラスターに対して、初めて高周波でのEDNMR観測に成功した。また対象とする系は、凍結溶液試料のみならず、配向情報が得られる結晶試料に対しても初めて成功した。さらに、人工の光エネルギー変換システムである太陽電池および有機半導体にESR研究も実現した。
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