Dynamics of bright and dark states in primary process of photosynthesis investigated by multi ultrafast spectroscopy

多重超快光谱研究光合作用初级过程明暗态动态

基本信息

批准号：
21K03425
负责人：
吉澤雅幸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

光合成初期過程の光捕集作用では光エネルギーを吸収できる明準位だけでなく暗準位もエネルギー移動の過程で大きな役割を果たしている。しかし、広く用いられている超高速吸収分光法だけではこれらを区別して観測することは困難である。本研究の主な目的は、マルチ超高速分光法を開発し明準位と暗準位を明確に区別して観測することで光捕集作用のエネルギー移動を解明することである。これによりエネルギー移動を高効率化する指針を得ることができる。さらに、同じように明準位と暗準位をもつカーボンナノチューブの励起子系などへの応用も行う。本研究では、明準位と暗準位を独立して励起および観測する。このためには最適化された励起光と複数の観測方法が必要である。令和４年度は令和３年度に開発した発光分光法の応用と今度の測定に用いる励起光の開発を行った。開発した和周波発生法（Up Conversion法）による発光分光装置を用いて測定を行った。資料としては、光合成系で高効率のエネルギー移動が期待されている光アンテナ分子であるフコキサンチンを用いた。励起光波長490 nm、発光観測波長 550～1050 nmの測定を行い、高効率のドナー準位として期待される明準位の分子内電荷状態（ICT状態）の観測に成功した。これにより暗準位であるS1状態との平衡状態がどのように生成されるかが明らかにされた。この成果は国内学会に発表済みであり、論文を作成中である。過渡吸収分光を用いた研究としては、明準位と暗準位を別々に光励起してその後の緩和過程を調べる。暗準位を２光子励起するためには強い近赤外励起光が必要であり、現有の光パラメトリック増幅装置（NOPA）を改良して1000～1500 nmの超短パルス励起光を発生した。現段階では強度と安定性の問題で十分な信号は得られていないが、後述するレーザー装置の更新後に本格的な測定を行う予定である。

在光合作用的早期组成中的照片捕获作用中，不仅可以吸收光学能量的研讨会，而且幅度水平在能量运动过程中也起着重要作用。但是，很难通过广泛使用的超高速度吸收光谱来区分这些和观察。这项研究的主要目的是开发多粉 - 高速度光谱法，并明确区分单纯的争吵和完整水平，以阐明摄影作用的能量运动。结果，可以获得提高能量运动效率的准则。此外，它还适用于令人兴奋的碳纳米管，这些碳纳米管具有清晰的级别和完整的水平。在这项研究中，激发和观察结果与质量和变换位置无关。为此，需要采用优化的激发光和多种观察方法。在今年的第四年中，在2013财年开发了发光光谱仪以及用于即将进行测量的激发光的发展。通过开发的日本频率生成方法（向上转换定律）使用光发光镜进行测量。至于材料，使用光学天线分子富藻黄蛋白，预计将使用光合作用的效率高效能。进行了490 nm的激发光波长度和550-1050 nm的瞄准镜观察波长，并且内部电荷的观察（ICT状态）预计被预期为高效率供体水平，成功观察到了。这揭示了如何生成与S1状态的平衡状态。结果已在家庭社会中发表，并正在制作论文。作为一项使用瞬态吸收光谱的研究，将分别兴奋地识别身份和完整水平，并将检查随后的缓解过程。为了在实现的水平上激发两个光子，一个近红外的犀牛，改善了当前的光学参数放大器（NOPA），从而导致1000至1500 nm的Ultra -Short脉冲激发光。在此阶段，由于强度和稳定性，没有足够的信号，但是在更新稍后描述的激光设备后将进行全尺度测量。