Observation of ultrafast structural change by time-resolved impulsive stimulated Raman spectroscopy

通过时间分辨脉冲受激拉曼光谱观察超快结构变化

基本信息

批准号：
15F15336
负责人：
田原太平
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-11-09 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15F15336/
关键词：
超高速分光ダイナミクス光化学プラズモン蛍光タンパク質

项目摘要

GFP由来の蛍光タンパク質では、通常、発色団は中性型とアニオン型の両方の形で存在するが、LSSmOrangeでは、平衡が電子基底状態で著しく中性型に偏っている。ところが蛍光は光励起後にプロトン移動によって生成するアニオン型から発せられるため、吸収波長と蛍光波長の差が大きく、この特長を生かした生体イメージングに用いられている。LSSmOrangeの分光特性の元になっている励起状態プロトン移動の研究を行った。以前フェムト秒時間分解蛍光スペクトルによる研究が報告されているが、不明な点が多く残っていた。そこで、理研で開発した時間分解インパルシブ誘導ラマン分光を用いて励起状態プロトン移動ダイナミクスを振動分光学的に検討した。その結果、ダイナミクスのより確かな帰属が可能になり、LSSmOrangeでは2種の異なる基底状態が存在し、これらが励起されると、異なる時定数で励起状態プロトン移動が起った後、それぞれのアニオン型電子励起状態から蛍光が発せられていると結論された。また、時間分解インパルシブ誘導ラマン分光を用いて、金属ナノ粒子（凝集体）に吸着した色素分子のラマン活性振動をインパルシブ誘導ラマン分光を用いて時間領域で観測した。金属ナノ粒子の凝集体の接合点にはプラズモンが極めて大きい電場を作る“ホットスポット”が出来ることが知られており、ここに吸着した分子は電場増強効果の為に極めて大きいラマン散乱信号を与える（表面増強ラマン効果）。そこで、金属ナノ粒子としては金のナノ粒子、色素としてはtrans-1, 2-bis(4-pyridyl)ethene（BPE）を用いて実験を行い、BPEの指紋領域のラマン活性振動の核波束運動の観測に成功した。その結果、インパルシブ誘導ラマン測定で得られる時間領域の信号に対してもプラズモンによる10の5乗から6乗におよぶ極めて高い信号増強が初めて確認された。

在 GFP 衍生的荧光蛋白中，发色团通常以中性和阴离子形式存在，但在 LSSmOrange 中，平衡显着偏向电子基态的中性形式。然而，由于荧光是由光激发后质子转移产生的阴离子型发射的，因此吸收波长和荧光波长之间存在较大差异，并且该特征被用于利用该特征的生物成像。我们对激发态质子转移进行了研究，这是LSSmOrange光谱特性的基础。先前已经报道了使用飞秒时间分辨荧光光谱的研究，但许多点仍不清楚。因此，我们使用 RIKEN 开发的时间分辨脉冲刺激拉曼光谱法研究了激发态质子转移动力学。结果，在LSSmOrange中，存在两种不同的基态，当它们被激发时，激发态质子转移以不同的时间常数发生，然后可以得出每个阴离子发出荧光的结论。电子的激发态。此外，利用时间分辨脉冲刺激拉曼光谱，我们在时域观察了吸附在金属纳米颗粒（聚集体）上的染料分子的拉曼活性振动。众所周知，金属纳米颗粒聚集体的连接处会产生“热点”，等离子体激元在此处产生极大的电场，吸附在这里的分子由于电场增强效应（表面增强拉曼效应）而给出极大的拉曼散射信号。。因此，我们以金纳米粒子作为金属纳米粒子，反式1, 2-双(4-吡啶基)乙烯(BPE)作为染料进行实验，研究了BPE指纹区拉曼主动振动的核波通量运动。被成功观察到。结果，首次证实了通过脉冲受激拉曼测量获得的时域信号由于等离子体激元而具有10的5次方至6次方的极高信号增强。