細胞およびそのモデルシステムのテラヘルツ帯コヒーレントラマン顕微分光法の研究

本研究課題では時間領域のテラヘルツ(THz)帯コヒーレントラマン分光法を用いて、細胞およびそのモデルシステムの顕微分光を行うための装置開発研究を行う。本研究ではまずTHz帯コヒーレントラマン分光法の感度を向上させることに取り組んだ。THz帯コヒーレントラマン分光法の最適化を図り、感度を改善することに成功した。本手法では、これまで周波数チャープしたレーザーパルスを励起光およびプローブ光として用い、試料との相互作用の後、パルス圧縮を行ない、時間領域で信号を分離検出する手法を用いていた。これに対して、パルス圧縮を行わず、励起光とプローブ光を交差させ、角度分離して信号を検出する手法を開発し、大幅に光学系を簡略化するとともに、信号対雑音比を改善することに成功した。モデル試料として有機溶媒（ヨードベンゼン、ブロモベンゼン）および電解質水溶液（ZnCl2水溶液）のテラヘルツ帯逆ラマンおよびラマン利得スペクトルの取得に成功した（Appl. Phys. Lett.に成果を論文発表）。さらに励起レーザー光の偏光制御によるTHz帯コヒーレントラマン分光手法の開発に取り組んだ。この手法によりZnBr2水溶液(4mol/L）中の対称性の異なる振動モードを区別することに成功した。本研究の最終的な目標は、THz帯コヒーレントラマンスペクトルを用いて顕微分光イメージングを行うことであるが、そのシステムの構築を行い、約40umの空間分解能が得られることを確認した。今後、本顕微分光システムを用いて、細胞やそのモデル物質のTHz帯顕微分光イメージング測定を実施する予定である。

本研究課題では時間領域のテラヘルツ(THz)帯コヒーレントラマン分光法を用いて、細胞およびそのモデルシステムの顕微分光を行うための装置開発研究を行う。本研究ではまずTHz帯コヒーレントラマン分光法の感度を向上させることに取り組んだ。THz帯コヒーレントラマン分光法の最適化を図り、感度を改善することに成功した。本手法では、これまで周波数チャープしたレーザーパルスを励起光およびプローブ光として用い、試料との相互作用の後、パルス圧縮を行ない、時間領域で信号を分離検出する手法を用いていた。これに対して、パルス圧縮を行わず、励起光とプローブ光を交差させ、角度分離して信号を検出する手法を開発し、大幅に光学系を簡略化するとともに、信号対雑音比を改善することに成功した。モデル試料として有機溶媒（ヨードベンゼン、ブロモベンゼン）および電解質水溶液（ZnCl2水溶液）のテラヘルツ帯逆ラマンおよびラマン利得スペクトルの取得に成功した（Appl. Phys. Lett.に成果を論文発表）。さらに励起レーザー光の偏光制御によるTHz帯コヒーレントラマン分光手法の開発に取り組んだ。この手法によりZnBr2水溶液(4mol/L）中の対称性の異なる振動モードを区別することに成功した。本研究の最終的な目標は、THz帯コヒーレントラマンスペクトルを用いて顕微分光イメージングを行うことであるが、そのシステムの構築を行い、約40umの空間分解能が得られることを確認した。今後、本顕微分光システムを用いて、細胞やそのモデル物質のTHz帯顕微分光イメージング測定を実施する予定である。