(57)【要約】【課題】本発明は、特定の物質間の電子移動を直接評価する方法を提供することを目的とする。【解決手段】同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物中において、電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動量を求める方法であって：電子授受物質Ａに対し、蛍光寿命測定を行い、蛍光強度ＩＡ０を測定する工程；電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物に対し、蛍光寿命測定を行い、物質Ａの蛍光強度ＩＡ１を測定する工程；および電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動量に相当する、電子授受物質Ａの蛍光の変化量△ＩＡ＝ＩＡ１−ＩＡ０を算出する工程、を含んでなる方法の提供。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物中における、電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動量を求める方法において、
ここで、電子授受物質Ａに対し、蛍光寿命測定を行い、蛍光強度ＩＡ０を測定し、および
電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物に対し、蛍光寿命測定を行い、物質Ａの蛍光強度ＩＡ１を測定しておいて、
電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動量に相当する、電子授受物質Ａの蛍光の変化量△ＩＡ＝ＩＡ１−ＩＡ０を算出することを特徴とする方法。
【請求項２】
同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物中における、電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動時間を求める方法において、
ここで、電子授受物質Ｂに対し、蛍光寿命測定を行い、最大強度を示す発光時刻ＴＢ０を測定し、および
電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物に対し、蛍光寿命測定を行い、物質Ｂのピーク強度を示す発光時刻ＴＢ１１、ＴＢ１２を測定しておいて、
電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動時間に相当する、電子授受物質Ｂの蛍光のピーク強度を示す時刻間隔△ＴＢ＝ＴＢ１２−ＴＢ１１を算出することを特徴とする方法。
【請求項３】
同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物中における、電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動速度を求める方法において、
請求項１に記載の電子移動量△ＩＡおよび請求項２に記載の電子移動時間△ＴＢを用いて、電子移動速度Ｖを、Ｖ＝−△ＩＡ／△ＴＢにより、算出することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子授受物質間の電子移動現象（移動量、移動時間、移動速度）を、蛍光寿命測定により、定量評価する方法に関係する。本発明は、光合成関連反応におけるクロロフィル類似構造酵素間の電子移動、太陽電池内の電子・ホール移動反応等、光励起に基づく電子移動反応等に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
人工光合成燃料・物質合成や、太陽電池開発において、電子授受物質間の電子移動現象、特に電子移動速度の評価は重要である。なぜなら、電子移動速度により反応効率が左右されるからである。一般的に、反応効率の向上のためには、高い電子移動速度を有することが望ましい。
【０００３】
ところで従来、電子移動速度の評価は、電子移動により生じる反応生成物（例えば、人工光合成反応ではＯ２発生量）の生成量測定等により間接的になされている。しかしながら、実際には、該反応生成物の増減に関わる副反応が多く生じており（例えば、光合成暗反応における酸素の減少）、特定物質間の正味の反応生成物量を評価できない。つまり、電子移動現象を直接評価する技術がなかった。
【０００４】
また特許文献１に、蛍光エネルギー移動現象の解析に関する発明が記載されているが、アクセブタ退色用の光を構成要素としており、この点で作業が煩雑である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１９１０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、特定の物質間の電子移動を直接評価する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、特定の物質間の電子移動により固有かつ直接生じる物理現象として、短寿命蛍光に着目し、特定の物質間の電子移動現象（移動量、移動時間、および移動速度）を直接評価する方法を得た。
【０００８】
すなわち本発明により、下記（１）〜（３）が提供される。
（１）  同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータ（電子伝達物質）を含む混合物中における、電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動量を求める方法において、
ここで、電子授受物質Ａに対し、蛍光寿命測定を行い、蛍光強度ＩＡ０を測定し、および
電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物に対し、蛍光寿命測定を行い、物質Ａの蛍光強度ＩＡ１を測定しておいて、
電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動量に相当する、電子授受物質Ａの蛍光の変化量△ＩＡ＝ＩＡ１−ＩＡ０を算出することを特徴とする方法。
（２）同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物中における、電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動時間を求める方法において、
ここで、電子授受物質Ｂに対し、蛍光寿命測定を行い、最大強度を示す発光時刻ＴＢ０を測定し、および
電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物に対し、蛍光寿命測定を行い、物質Ｂのピーク強度を示す発光時刻ＴＢ１１、ＴＢ１２を測定しておいて、
電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動時間に相当する、電子授受物質Ｂの蛍光のピーク強度を示す時刻間隔△ＴＢ＝ＴＢ１２−ＴＢ１１を算出することを特徴とする方法。
（３）同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物中における、電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動速度を求める方法において、
請求項１に記載の電子移動量△ＩＡおよび請求項２に記載の電子移動時間△ＴＢを用いて、電子移動速度Ｖを、Ｖ＝−△ＩＡ／△ＴＢにより、算出することを特徴とする方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、電子授受物質間の電子移動現象を直接的に評価できる。本発明の方法により、メディエータとして高い電子移動速度を示す材料の選定が容易になる。さらに、電子移動速度の向上は、反応効率の向上をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明では、特定の物質間の電子移動により固有かつ直接生じる物理現象である、短寿命蛍光を利用する。そこで、蛍光の発生イメージを図１に示す。蛍光物質に光エネルギーｈυの光を照射すると、蛍光物質内で電子励起が生じ、この励起電子が励起状態から基底状態に戻る際に蛍光が発せられる。
【００１１】
同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物に対して、パルスレーザーを照射すると、電子授受物質Ａ、Ｂからそれぞれ蛍光が発せられる。図２に示すように、電子授受物質Ａを励起し蛍光を発するために使用されるエネルギーの一部が、メディエータを介して、電子授受物質Ａから電子授受物質Ｂへ電子として移動する。電子移動時間を経て電子授受物質Ｂが該エネルギーを受け取り、蛍光現象が再び生じる。
【００１２】
上記の現象を利用した本発明の態様を以下でより詳細に説明する。まず、同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂに対して、別個に、蛍光寿命測定を行い、蛍光強度ＩＡ０、IＢ０、最大強度を示す発光時刻ＴＡ０、ＴＢ０を測定する。蛍光寿命測定は、ｆｓ（フェムト秒）〜ｐｓ（ピコ秒）時間幅のパルスレーザーを、推定される電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動時間よりも長いインターバルで照射する。これは、生じる蛍光が移動電子によるものかパルスレーザーによるものかを峻別するためである。レーザーパルス終了後、生じる蛍光の強度や蛍光発光時刻を測定する。例えば、波長４００ｎｍ、パルス幅１０ｐｓのレーザーパルスを０．１μｓ以上のインターバルにて、繰り返し照射する。生じた蛍光は、ストリークカメラ等の検出器により検出する。試料は、石英ガラスセル等に封入する。通常、蛍光発光時刻は、パルスレーザー照射時を基点とする。本測定結果のイメージを図３の左側に示す。
【００１３】
同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂとして、例えばクロロフィル類似酵素等が挙げられる。しかし、これらによって本発明の範囲が限定されることはない。
【００１４】
電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物に対して、蛍光寿命測定を行い、物質Ａの蛍光強度ＩＡ１、物質Ｂのピーク強度を示す発光時刻ＴＢ１１、ＴＢ１２を測定する。蛍光寿命測定は、前述と同様の方法で行う。本測定結果のイメージを図３の右側に示す。
【００１５】
電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物に対して、蛍光寿命測定を行うと、図３の右上に示すように、電子授受物質Ａ単独の場合の電子授受物質Ａに由来する蛍光強度ＩＡ０よりも減少した電子授受物質Ａに由来する蛍光強度ＩＡ１が観察され、すなわち電子授受物質Ａに由来する蛍光強度の変化が観察される。これは、図２に示すように、電子授受物質Ａを励起し蛍光を発するために使用されるエネルギーの一部が、メディエータを介して、電子授受物質Ａから電子授受物質Ｂへ電子として移動したためと考えられる。したがって、電子授受物質Ａの蛍光の変化量が△ＩＡ＝ＩＡ１−ＩＡ０として算出され、これが電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動量に相当する。
【００１６】
電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物に対して、蛍光寿命測定を行うと、図３の右下に示すような、電子授受物質Ｂに由来するＴＢ１１における蛍光強度のピークとＴＢ１２における蛍光強度のピークが見られる。発光時刻ＴＢ１１は、実質的に発光時刻ＴＢ０に相当し、照射されたパルスレーザーに起因する蛍光時刻である。発光時刻ＴＢ１２における蛍光強度のピークは、前述のメディエータを介して、電子授受物質Ａから電子授受物質Ｂへ移動した電子に起因するものと考えられる（図２参照）。したがって、電子授受物質Ｂの蛍光のピーク強度を示す時刻間隔が△ＴＢ＝ＴＢ１２−ＴＢ１１として算出され、これが電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動時間に相当する。
【００１７】
前述の電子移動量△ＩＡおよび電子移動時間△ＴＢを用いて、電子移動速度Ｖを、Ｖ＝−△ＩＡ／△ＴＢにより、算出する。これにより、同波長で励起され蛍光を発する異なる電子授受物質Ａ、Ｂおよび電子メディエータを含む混合物中における、電子授受物質Ａ、Ｂ間の電子移動速度が求められる。
【実施例】
【００１８】
電子授受物質Ａ、Ｂとして、異なるクロロフィル類似酵素を採用し、それらを別個に石英ガラスセル等に封入し、蛍光寿命測定を行った。波長４００ｎｍ、パルス幅１０ｐｓのレーザーパルスを０．１μｓ以上のインターバルにて、繰り返し照射し、レーザーパルス終了後に生じた蛍光の強度や蛍光発光時刻をストリークカメラ画像検出により測定した。
【００１９】
電子授受物質Ａ単独の場合、Ａ蛍光波長は６８５ｎｍであり、強度は４９６５ｃｔであり、蛍光発光時刻はレーザーパルス終了時を起点として約４ｎ秒であった。
【００２０】
電子授受物質Ｂ単独の場合、Ａ蛍光波長は６７５ｎｍであり、強度は４５３ｃｔであり、蛍光発光時刻はレーザーパルス終了時を起点として約６ｎ秒であった。
【００２１】
電子授受物質Ａ、Ｂとしての異なるクロロフィル類似酵素に電子メディエータも加えて混合物とした。ここで電子メディエータはＰを使用した。該混合物を石英ガラスセル等に封入し、蛍光寿命測定を行った。寿命測定は、前述と同じ条件、すなわち波長４００ｎｍ、パルス幅１０ｐｓのレーザーパルスを０．１μｓ以上のインターバルにて、繰り返し照射し、レーザーパルス終了後に生じた蛍光の強度や蛍光発光時刻をストリークカメラ画像検出により測定した。
【００２２】
混合物の場合、蛍光波長は６７５ｎｍと６８５ｎｍの両方で見られ、蛍光強度は３２０９ｃｔであり、物質Ａ単独の場合の４９５６ｃｔよりも減少したことが観察された。これは物質Ａからの電子離脱があったことを示す。
【００２３】
混合物の場合、電子授受物質Ｂに由来する蛍光発光時刻が、レーザーパルス終了時を起点として、約６ｎ秒で見られた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】蛍光発生イメージ。
【図２】電子移動と蛍光発光の関係図。
【図３】電子移動速度定量の方法。
【図４】物質Ａ、Ｂ、個別単独での蛍光測定結果。
【図５】物質Ａ、Ｂ混合物（電子伝達物質Ｐ混入）での蛍光測定結果。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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