未来物質領域M1コロキウム 2011年6月22日 第2発表者
宮本瑶子（宮坂研）
伊都将司
Evaluation of Microscopic Inhomogeneity in Solids Using Single Molecules as Nanometer-sized Probes
Single-molecule detection can provide information without ensemble averaging over many molecules. Amorphous solids, such as polymers and glasses, show intrinsic microscopic inhomogeneity in their properties. Thus individual guest molecules in such amorphous materials exhibit distinct diffusive motions depending on the microscopic environments at molecular level. Accordingly, by directly detecting these motions of individual guest fluorescence molecules in these heterogeneous materials, we could obtain the information on spatio-temporally resolved properties of the materials that are usually quite difficult to acquire by the conventional ensemble measurements.
In the M1 colloquium, I will show the history of the single molecule measurement using the fluorescence detection, its application to the elucidation of inhomogeneous materials, and recent results of my own study using single molecule fluorescence imaging.
単一分子をナノサイズプローブとした固体材料のミクロ不均一性評価
単一分子測定は、空間的な平均化を受けることなく個々の分子に対する物性値を与える手法である。一般に高分子やガラスなどの非晶質固体はナノメートルスケールの空間的不均一性を有し、種々の物性も場所により異なる。このような不均一材料系に内包されたゲスト蛍光分子はそのミクロ環境に強く依存した挙動を示す。特に並進回転拡散挙動は周囲の媒体の状態に強く依存するので、ゲスト分子の「動き」を一つ一つ詳細に追跡することによって、材料のナノ構造、局所粘性、ホスト−ゲスト間相互作用、場所に応じた分子の移動度など、従来のアンサンブル計測では得られない詳細な知見を得ることが可能となる。以上のような観点から、我々の研究グループでは蛍光分子をプローブとして用い、個々のプローブ分子の拡散運動を詳細に追跡することによって、材料のナノスケールの物性評価を行っている。
発表では、単一分子蛍光イメージング法の概要、その研究の歴史、応用例などについて説明し、次いで現在私の取り組んでいる研究テーマについて紹介する。
[1]W. E. Moerner, L. Kador, Phys. Rev. Lett., 62, 2535 (1989).
[2]M. Oritt, J. Bernard, Phys. Rev. Lett., 65, 2716 (1990)
[3] S. Ito, T. Kusumi, S. Takei, and H. Miyasaka, Chem. Commun., 6165–6167(2009)