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

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。