Development of surface-enhanced near-infrared multiplex stimulated Raman spectrometer and its application to elucidation of dynamic structure of photosystem

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本研究課題の目的は、可視光に敏感な試料の構造，物性，および機能を分子レベルで計測するための高感度近赤外ラマン分光計を開発することである。当該年度は近赤外誘導ラマン分光計の完成、および金ナノ粒子の作製と評価の完了を目標とした。トルエンなどの一般的な有機溶媒に2本の近赤外レーザー光（ラマンポンプ光・プローブ光）を照射し、誘導ラマン散乱によるプローブ光の強度変化をInGaAsアレイ検出器で計測する実験を行ったが、誘導ラマン散乱に由来する強度変化信号は検出されなかった。そこで、同じ情報を有する別の非線形ラマン効果（コヒーレントアンチストークスラマン散乱）を観測することとした。電子冷却型CCD検出器を用いることにより、トルエンによるコヒーレントアンチストークスラマン散乱光が波数700-1600 cm-1の領域で明瞭に観測された。また、他の有機溶媒や、水溶液中の多原子イオンなどによる散乱信号も観測可能であることを確認した。分光計の計測試験と並行して、金ナノ粒子の作製と評価を行った。既報をもとにロッド状の金ナノ粒子を合成し、可視・金赤外分光計を用いて光吸収特性を調べた。合成反応の最終段階で加える還元剤について、滴下の開始時間が遅い場合には吸収極大波長がおよそ800 nmに現れたのに対し、早い場合には吸収極大波長が長くなった。本研究で用いるレーザーの波長（1064 nm）において強い表面増強効果を有する金ナノ粒子を得るには、還元剤を直ちに滴下するほうがよいと予想される。金ナノ粒子の長軸方向の長さを透過型電子顕微鏡で確認したところ、滴下の開始時間が遅い場合のほうが長かった。滴下の開始時間を早くした場合には粒子の長軸方向の長さが減少したが、長軸方向の端を互いに向かい合わせにして並ぶ集合構造が形成されていた。この集合構造により、光吸収の極大波長が長くなったと考えられる。