多波長 – 多光子分光法を利用した新規計測法の開拓

　多波長 – 多光子での光学過程は、通常の光応答とは異なる挙動を示すものが多々ある。岡山理大、愛媛大のそれぞれのチームにおいて、分子選択的な・時間分解・空間分解観測に取り組む。

（岡山理大）共鳴IR法

　岡山理大・高橋らが開発した共鳴IR法では、２波長 – ２光子を制御することで、蛍光タンパク質内部の発色団だけを選択的に観測しながら、① 振動数から分子構造を同定する、② 信号増強されるバンドから電子励起状態における構造変化を明らかにする、③ バンドごとの振動緩和速度から周囲の分子（例えば溶媒など）との相互作用を解明する、が行える。特に ③の特徴を利用すれば、時間分解計測によって蛍光タンパク質発色団が得た振動エネルギーが、どの結合を介して、どのような時間スケールで、散逸していくかを追跡できる。これはタンパク質部位と発色団を擬似的に空間分解することに相当すると考えている。

（愛媛大）時空間計測法

　光照射による光異性化反応の高効率化については、そのメカニズムとして、1つのナノ粒子中で、ナノスケール（ナノ秒時間&ナノメートルスケール）での光熱変換過程と光化学反応との協同効果の存在が示唆されている。このようなナノ秒パルスレーザーによる光反応の増幅現象は世界的に例がなく、その概念は新たな光エネルギー利用法として期待できるものである。光熱変換過程と光化学反応との協同現象が起こるためには複数の光子と複数の分子が相互作用する必要があり、分子密度の高いナノ粒子固体と光子密度の高いパルスレーザーの組み合わせで初めて起こると考えられているが、その詳細は未解明である。本研究では、生体試料内で起こる多光子 – 多分子過程を模索し、多波長を導入した時空間計測法で、メカニズムの解明や光化学・光物理反応の高効率化へ向けた指針を得ることを目指す。

2024年度の研究計画