励起状態分子に作用する光圧の計測に基づく単一ナノ粒子の超高速光力学分光法の開拓

基于作用于激发态分子的光压测量的单纳米粒子超快光动力光谱的发展

基本信息

批准号：
22K19007
负责人：
伊都将司
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

分子の励起状態寿命は一般に非常に短寿命（フェムト秒からミリ秒）であり，電子励起状態分子の動的な挙動を測定するために，種々の時間分解分光法が用いられる。中でも過渡吸収分光法は，原理的に全ての化学種が検出可能であり，フェムト秒オーダーの非常に高い時間分解能が達成可能であるため，励起状態ダイナミクス解明に非常に強力なツールとして多様な反応系に適用されている。しかし，サンプル入射前後の光強度差を検出する吸収分光法においては，少数分子を対象とした計測は一般に困難である。そこで本研究では，分子が光を吸収することで生ずる力(光圧)の測定によって過渡吸収や誘導放出などの電子励起状態ダイナミクスや多光子吸収断面積を単一粒子レベルで検出する手法開拓を目指し，今年度は，フェムト秒マルチレーザー光捕捉装置の開発とその評価，微粒子に内包された色素分子を対象とした過渡吸収による光圧の検出を主たる目的として研究を実施した。チタンサファイアレーザーを励起光源とし，その基本波（近赤外）パルス及び第2高調波（可視）パルスを同軸で顕微鏡対物レンズ下に集光する光学系を構築した。機械的1軸ステージを用い，一方のパルスの光路長（すなわち2パルス間のサンプルへの到達時間）を制御可能な構成とした。量子ドットの2光子励起蛍光（基本波），1光子励起蛍光（第2高調波）を共焦点配置で検出し各レーザーの集光スポットサイズを，有機色素の蛍光の自己相関計測からパルス幅を評価した。有機色素を内包させた高分子微粒子の水分散液を調製し試料とした。単一微粒子を近赤外パルスで光捕捉し，励起光である可視パルスを種々の光学遅延を与えて照射し，励起状態の吸収（過渡吸収）の有無により光捕捉された微粒子が光軸上を変移することを，すなわち，過渡吸収に基づく光圧による微粒子のnmスケールの機械的運度を定量測定することに成功した。

分子的激发态寿命通常非常短（飞秒至毫秒），并且使用各种时间分辨光谱法来测量电子激发态分子的动态行为。原则上，瞬时吸收光谱能够检测所有化学物种并实现极高的时间分辨率，因此将其应用于多种反应系统，作为阐明激发态动力学的非常有力的工具。然而，在吸收光谱检测样品入射之前和之后的强度差的吸收光谱中，对少数分子的测量通常很困难。因此，在这项研究中，我们旨在开发一种检测电子激发态动力学的方法，例如瞬时吸收，刺激的发射和多光子吸收横截面面积，通过测量由吸收光的分子产生的力（光层）来测量单个粒子的水平。今年，我们进行了研究，其主要目的是开发和评估飞秒多激光捕获装置，并通过瞬时吸收来检测光的染料分子，用于封闭在细颗粒中的染料分子。构建了一个光学系统，将钛蓝宝石激光器用作泵送光源，并将基本（近红外）和第二个谐波（可见）脉冲集中在显微镜物镜下同轴镜头。使用机械的单轴阶段来控制光路长度（即，到达两个脉冲之间的样品的时间）。在共聚焦排列中检测到了两光子激发荧光（基本波）和量子点的单光子激发荧光（第二个谐波波），并通过自相关测量有机染料的荧光测量来评估每个激光器的聚焦点大小。制备了含有有机染料的聚合物细颗粒的水分散体并用作样品。通过近红外脉冲捕获一个单一的细粒子，可见的脉冲（即激发灯）被各种光学延迟照射，并且由于存在或不存在激发状态吸收状态吸收状态（吸收吸收）（瞬态），nanoser尺度的机械颗粒是量身定量的。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Measurement of Excitation Energy Transfer from Single Upconverting Nanoparticles to Organic Dyes in Solid Phase by Using Super-Resolved Technique_

利用超分辨技术测量固相中单个上转换纳米颗粒到有机染料的激发能量转移_

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hirotaka Kageyama;Syoji Ito;Hikaru Sotome;Ali Eftekhari;Aude Bouchet;Michel Sliwa;Hiroshi Miyasaka_
通讯作者：
Hiroshi Miyasaka_

光反応と光学応答の融合によるメゾスコピック光プロセス_

光反应和光学响应融合的介观光学过程_