単一蛍光分子のダイナミック分光測定法の開発

单一荧光分子动态光谱测量方法的发展

基本信息

批准号：
06750051
负责人：
笹木敬司
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1994
资助国家：
日本
起止时间：
1994 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、分子一個一個の動的特性を直接観測することを目的として、球形微粒子を利用した全く新しい時間分解分光計測法を開発した。本手法は、球形微粒子に被測定分子をドープして光励起し発光させると微粒子の界面を光が伝搬して共鳴する現象に基づく。球形微粒子における光共鳴現象について波動光学的に解析するとともにレート方程式を用いて誘導放出過程のシミュレーションを行った結果、共鳴は界面層の波長オーダーの領域にピコ秒オーダーの時間スケールで生成し、そのQ値は10^8にも達することを明らかにすることができた。また、この共鳴は界面層および微粒子近傍の屈折率、吸収係数によって大きく変化するという知見が得られた。このような球形微粒子における共鳴現象の特徴を利用して、微粒子の吸収、屈折率変化の情報を極めて高感度に観測する手法を考案し、単一分子の分光を目的とした時間分解分光計測システムを開発した。本システムは、レーザートラッピング技術により単一微粒子を捕捉・操作するとともに、超短パルスレーザーを照射して微粒子内の分子を発光させ共鳴を誘起する。発光の測定にはスループットが高い分光器および高感度の検出装置を利用し、微粒子内分子のスペクトルおよび時間分解過渡波形を観測する。また、発光の偏光特性から分子の動的特性を解析する新しい手法も併せて開発した。種々の蛍光分子をドープしたポリマーラテックス、微小液滴を作製し、開発したシステムを用いて高感度のダイナミック分光測定を行い、その有効性を検討した。

在这项研究中，我们开发了一种使用球形粒子的全新时间分辨光谱测量方法，旨在直接观察单个分子的动态特性。该方法基于这样的现象：当球形颗粒掺杂有待测分子并用光激发发光时，光通过颗粒界面传播并发生共振。通过对球形粒子中光学共振现象的波光分析以及利用速率方程模拟受激发射过程，我们发现在时间尺度上界面层的波长级区域产生了共振据透露，Q值高达10^8。此外，发现该共振根据界面层和细颗粒附近的折射率和吸收系数而显着变化。利用球形颗粒共振现象的特点，我们设计了一种极其灵敏地观察颗粒吸收和折射率变化信息的方法，并开发了一种用于单分子光谱分析的时间分辨光谱测量系统。。该系统利用激光捕获技术捕获和操纵单个微粒，并用超短脉冲激光照射微粒内的分子，使其发光并引发共振。为了测量发光，我们使用高通量光谱仪和高灵敏度检测装置来观察颗粒内分子的光谱和时间分辨瞬态波形。我们还开发了一种新方法，从发光的偏振特性来分析分子的动态特性。我们制备了掺杂有各种荧光分子的聚合物乳胶和微滴，使用开发的系统进行了高灵敏度的动态光谱测量，并研究了其有效性。