1分子フォトニクス

1分子フォトニクス

味戸克裕¹　Rakchanok Rungsawang¹　上野祐子²　富田勲³
¹機能物質科学研究部　
²NTTマイクロシステムインテグレーション研究所　³NTTフォトニクス研究所

　テラヘルツ（THz、10¹² Hz）分光が生体分子分析として注目され始めているが、これは今まで困難であった分子間や分子内の弱い結合の情報が分子の低振動モードとして得られるためである。我々はテラヘルツ電磁波パルスを用いるテラヘルツ時間領域分光法(THz-TDS : Terahertz Time-Domain Spectroscopy)と呼ばれる手法において、スペクトル測定可能な周波数帯域や検出感度が分析化学の分野で十分威力を発揮できるレベルであることを見出し、タンパク質を構成するアミノ酸に特有の低振動モードを得ることに成功した。　
　図１にアミノ酸の１つであるトリプトファンのTHz吸収スペクトルの励起レーザーのパルス幅依存性を示す。THz-TDSでのTHz電磁波パルスの発生と検出には通常、光伝導アンテナを短パルスのモードロック・チタンサファイヤレーザーで励起するが、発生する電磁波の周波数の上限は励起パルス幅に関係する。測定可能帯域が広いほどより多くの分子情報が得られるが、10fs以下の超短パルスレーザーでの励起によって、5THz程度までの高周波数域までの測定が可能となった。そして、アミノ酸単結晶での角度依存のスペクトル測定の結果から結晶中の分子配向や水素結合など分子間相互作用の解析に有効であることを示した[1]。
　また、タンパク質として乾燥状態のミオグロビンの測定を行ったところ、図2に示すように濃度に対応してTHz周波数領域の吸収の増大が見られることが分かった[2]。今後、構造水の制御等によって高次構造に関係する水素結合の情報が得られることが期待できる。更に、差周波を用いた半導体テラヘルツ波発生素子[3]の開発を進め、生体1分子の分析やイメージング応用等を目指している。

[1] R. Rungsawang, K. Ajito, Y. Ueno, I. Tomita, Extended Abstracts: International Workshop on Terahertz Technology, Nov. 16-18　(2005) 199-200．
[2] R. Rungsawang, Y. Ueno, H. Takenouchi, I. Tomita, K. Ajito, Proceedings of IRMMW-THz2005, Sep 19-23, Williamsburg (2005) 211-212.
[3] I. Tomita, H.Suzuki, H. Ito, H. Takenouchi, K. Ajito, R. Rungsawang, and Y. Ueno, Appl. Phys. Lett. 88 (2006) 071118.

図１トリプトファン（アミノ酸）のテラヘルツ吸収スペクトルの励起レーザーのパルス幅依存性

　図２ミオグロビンタンパク質(Mb)を含むポリエチレン(PE)ペレットのテラヘルツ吸収スペクトル

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