Single molecule fluorescence measurement in the nanosecond time scale using the accelerated fluorescence emission rate exhibited by microdroplets

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本研究では，我々が独自に開発した単一微小液滴捕捉・レーザー顕微分光装置を用いている．この装置では液滴を捕捉するためにイオントラップの一種であるエンドキャップトラップを用いている．微小液滴に溶存した分子の振る舞いを詳細に調べるには，液滴を長時間にわたり安定に空間捕捉する必要がある．しかしながら，液滴周囲の温度および湿度を管理していない状況では，液滴を構成する溶媒分子が徐々に蒸発していくため，液滴を空間捕捉する時間には限界がある．本研究を遂行するためには，長時間にわたる液滴の安定な捕捉を実現することが必須であることが判明したため，これを実現するための装置開発を行った．液滴からの溶媒の蒸発を抑えるには，液滴周囲の温度を低く保つことが有効である．そこで液滴を捕捉するために用いているイオントラップを周囲を覆う冷却断熱チャンバーを開発した．この断熱チャンバーでは，銅で構成されている本体の隙間に恒温槽で温度制御された冷却媒質を流すことでチャンバー全体を冷却している．以前に報告されている同様のチャンバーと比べて，内部空間の体積を65 %縮小し，冷却可能面積を４倍以上に拡大している．その結果，チャンバー内部を最大で-10 ℃まで冷却することに成功している.この冷却断熱チャンバーをイオントラップに組み込み，実際に単一微小液滴を捕捉した際の液滴径の時間変化を評価したところ，チャンバー内温度が-8 ℃以下では、液滴からの溶媒の蒸発がほとんど無視できることがわかった．これにより，既存の装置と比べて著しく長い時間，単一微小液滴を安定に空間捕捉できることを実証した．また，この装置を開発したことで，液滴の直径を保ったままで，液滴に溶存した色素分子からの蛍光寿命測定が可能となった．