(57)【要約】  キラル物質Ｃに円偏光等の光を照射して異性体（Ｃ１，Ｃ２）ごとの加速度の相違に基づいてこれらを分離することにより、非接触で化学反応を用いないキラル物質の異性体分離方法及びその装置を実現するために、本発明のキラル物質の異性体分離は、真空チャンバー（１）内で分子ビーム発生装置（２）から放出された、異なる異性体（Ｃ１，Ｃ２）が混合したキラル物質（Ｃ）に、円偏光の光を照射する円偏光照射装置（３）と、キラル物質Ｃの異なる異性体（Ｃ１，Ｃ２）ごとの加速度の相違に基づいてこれらを分離する異性体取入口（１ａ，１ｂ）とを備えた構成とする。
2009075359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる異性体が混合されたキラル物質に円偏光又は楕円偏光の光を照射することにより、異性体ごとに加速度の相違を生じさせ、この加速度の相違に基づいて異性体を分離することを特徴とするキラル物質の異性体分離方法。
【請求項２】
前記キラル物質が、真空中又はガスを含める流動性媒質中に存在することを特徴とする請求の範囲１に記載のキラル物質の異性体分離方法。
【請求項３】
前記円偏光又は楕円偏光の光が、キラル物質に含まれる異性体のうち何れか１つの電子的励起準位に共鳴する周波数の光であることを特徴とする請求の範囲１又は２に記載のキラル物質の異性体分離方法。
【請求項４】
前記キラル物質に対し、偏光の回転方向が異なる２つの円偏光又は楕円偏光の光を照射し、
前記２つの円偏光又は楕円偏光の光のうち一方の光を特定の方向から照射するとともに、他方の光を前記特定の方向とは異なる方向から照射することを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか１項に記載のキラル物質の異性体分離方法。
【請求項５】
異なる異性体が混合されたキラル物質に、円偏光又は楕円偏光の光を照射する円偏光照射手段と、
キラル物質の異なる異性体ごとの加速度の相違に基づいて、少なくともいずれかの異性体を分離する異性体分離手段とを備えたことを特徴とするキラル物質の異性体分離装置。
【請求項６】
前記キラル物質が、真空中又はガス中を含む流動性媒質中に存在することを特徴とする請求の範囲５に記載のキラル物質の異性体分離装置。
【請求項７】
前記円偏光照射手段が照射する光が、キラル物質に含まれる異性体のうち何れか１つの電子的励起準位に共鳴する周波数の光であることを特徴とする請求の範囲５又は６に記載のキラル物質の異性体分離装置。
【請求項８】
前記円偏光照射手段は、前記キラル物質に対し、偏光の回転方向が異なる２つの円偏光又は楕円偏光の光を照射するものであり、前記２つの円偏光又は楕円偏光の光のうち一方の光を特定の方向から照射するとともに、他方の光を前記特定の方向とは異なる方向から照射するようになっていることを特徴とする請求の範囲５〜７のいずれか１項に記載のキラル物質の異性体分離装置。
【請求項９】
前記キラル物質を媒質中の一方向に向けて放出するキラル物質放出手段を備え、
前記円偏光照射手段が、前記キラル物質の放出方向と交差する方向から光を照射するものであることを特徴とする請求の範囲５〜８のいずれか１項に記載のキラル物質の異性体分離装置。
【請求項１０】
前記キラル物質を含む流動性媒質を回転させる媒質回転手段を備え、
前記円偏光照射手段が、この媒質回転手段による回転の動径回転面に交差する方向から、キラル物質に光を照射するものであることを特徴とする請求の範囲５〜９のいずれか１項に記載のキラル物質の異性体分離装置。
【請求項１１】
前記異性体分離手段は、各異性体を検出するための異性体検出部を備え、
前記異性検出部それぞれは、前記加速度の相違により時間の経過に伴って差が生じる変位量に応じた位置に配されたことを特徴とする請求の範囲５〜１０のいずれか１項に記載のキラル物質の異性体分離装置。
【請求項１２】
前記異性体分離手段は、各異性体を取り込むための異性体取入口を備え、
前記異性体取入口それぞれは、前記加速度の相違により時間の経過に伴って差が生じる変位量に応じた位置に配されたことを特徴とする請求の範囲５〜１０のいずれか１項に記載のキラル物質の異性体分離装置。
【請求項１３】
前記異性体取入口それぞれの近傍に、異性体を検出する異性体検出部を備えていることを特徴とする請求の範囲１２に記載のキラル物質の異性体分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キラル物質に円偏光等の光を照射することにより、異性体ごとに輻射力に差異を生じせしめて、それぞれの加速度の相違に基づいてこれらの異性体を分離するキラル物質の異性体分離方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ある物質の実像と鏡像が重なり得ないとき、その物質はキラルであると言い、その性質をキラリティーと言う。多くの有機分子やらせん状構造を持つ物質は、その非対称な立体構造に起因するキラリティーを有しており、鏡像関係にある異性体が存在している。【０００３】
また、天然に存在しているタンパク質、糖類、核酸などの高分子の多くは一方の異性体から構成されており、それらは生命活動の維持において重要な機能と役割を担っている。生体内の反応を触媒する酵素や、匂いや味を感じるレセプター（受容体）の本体もキラリティーを有するタンパク質であり、それらとキラルな物質が反応を起こすと、その異性体の種類により異なる生理活性を示す場合がある。しかし、通常の化学合成ではほとんどのキラルな生成物はラセミ体として合成されてしまうので、一方の異性体を選択的に得ることは医薬品開発や化学工業などの観点から重要なこととなっている。【０００４】
このため、一方の異性体のみを得るためには、反応における活性化エネルギーや分子の力学的運動状態、分子間距離などが重要な要素となる。これらを制御したり、もしくは何らかの方法で異性体の一方のみに選択的に力を印加して目的の場所まで輸送して抽出したりするなどの方法が考えられるが、多くの場合ナノスケールな分子のためその制御は難しい。【０００５】
他方で、レーザー光を物質に照射した時に生じる輻射力（放射力，光圧）を利用し、微小物質の力学的運動状態や空間的配置を非接触で制御する光マニピュレーションという技術がある。従来のこの技術の適用範囲としては、原子のレーザー冷却・トラップやマイクロメーター領域の物質に対する光ピンセットを利用した研究などの両極端なサイズを持つ対象物質に対する応用に限られていた。【０００６】
しかし、近年、その中間であるナノ物質に電子的共鳴光を照射した時に生じる輻射力が個々のナノ物質のサイズ、形状、内部構造等に依存する量子力学的個性を反映して変化することを利用して、その選別を可能とする新規な光マニピュレーションの原理が理論的研究により示された（例えば、特許文献１参照。）。特に最近、上記の理論的提案を受け、共鳴効果が顕著となる極低温の媒質である超流動ヘリウム４中での半導体微粒子の電子的（励起子）共鳴条件に対応するレーザー光による操作が試みられ、数十ナノメートル程度の微粒子が数センチメートルオーダーというマクロな距離輸送できたことを示唆する実験データも得られている（例えば、特許文献２、参考文献１参照。）。上記の理論的研究に影響され、他グループにおいても、近共鳴条件の集光ビームによる勾配力を利用して、常温液体中に分散するナノサイズ有機高分子のビームの集光点付近での滞在時間を非共鳴の場合よりも長くできたという実験報告もあり、共鳴光照射下で誘起される輻射力がナノ物質の力学的操作において有用であることを裏付けている。【０００７】
ここで、異性体の物理的・化学的性質は、光学的性質を除いてほとんど同じである場合が多い。特に、異性体が２つしか存在しないエナンチオマー間の性質の違いというのは、旋光性や円偏光二色性等の光学的性質以外見当たらない。このことは、一方のエナンチオマーのみを選択的に得るということを非常に困難にしている。【０００８】
しかし、上記のように一方の光学異性体のみを得るということは、医薬・化学的な見地などから重要なこととなっているので、これまでにも様々な手法が開発されてきた。その代表的な手法としては、キラルな触媒を用いて有益な一方の異性体のみを選択的に合成する不斉合成法や、ラセミ体を生成してからそれぞれの異性体に分離する光学分割法、純粋な形で入手容易な一方の異性体を出発原料として化学的な変換により他のキラル化合物へと導くキラルプール法などが挙げられる。【０００９】
ところが、近年産業界で最も有効な手法として用いられている不斉合成法は、条件の合う触媒が見つからない、用いる触媒が有毒・高価である、反応生成物と触媒を分離する作業が技術的に困難である場合が多い等の問題を抱えている。中には、それらの問題が無い不斉合成法として、不斉自己触媒反応、円偏光を不斉源とした絶対不斉合成（例えば、特許文献３参照。）というものもあるが、両不斉合成法ともその用途は限られている。また、結晶化法、化学的なクロマトグラフィーを用いる方法、酵素法などの光学分割法にも対象物質により手法が異なるため手法の確立が難しいことや、ルーペとピンセットによる選別などの人為的な作業が必要な場合があるなどの問題があり、キラルプール法に関しても適当な出発物質の入手が必要なことやステップ数が長くなる場合がある等の問題がある。【００１０】
これらの手法を概観してみると、いずれの手法も汎用性が無い・操作が繁雑といった似たような問題を抱えていることが分かる。そして、以上のような現状を鑑みれば、高い汎用性を有し、かつ簡単な操作で通常の化学合成等から作成した異性体混合物から、キラル物質の生理活性等の評価と並行して異性体分離が行えるような新しい光学異性体分離手法の開発の必要性がある。【００１１】
特許文献１：日本国公開特許公報「特開２００３−２００３９９号公報（２００３年  ７月１５日公開）」
特許文献２：国際公開特許公報「国際公開第０５／０８７６５４号パンフレット（２００５年  ９月２２日国際公開）」
特許文献３：日本国公開特許公報「特開２００１−１３１０９３号公報（２００１年  ５月１５日公開）」
【発明の開示】
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、キラル物質に円偏光等の光を照射して異性体を分離することにより、非接触で化学反応を用いないキラル物質の異性体分離方法及びその装置を提供することにある。
【００１３】
本発明のキラル物質の異性体分離方法は、上記の課題を解決するため、異なる異性体が混合されたキラル物質に円偏光又は楕円偏光の光を照射することにより、異性体ごとに加速度の相違を生じさせ、この加速度の相違に基づいて異性体を分離することを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、上記円偏光又は楕円偏光の光をキラル物質に照射すると、この光を吸収する際の吸光度や散乱の仕方が異性体ごとに異なる。そして、この吸光度や散乱の仕方が異なることにより、フォトンから異性体に移る運動量に差が生じる。それゆえ、各異性体に働く輻射力も、異性体ごとに異なるようになる。その結果、これらの異性体自身の加速度にも相違が生じる。
【００１５】
そして、各異性体における加速度の相違に基づき、異性体を分離することにより、非接触で化学反応を用いないキラル物質の異性体分離方法を実現することができる。
【００１６】
また、本発明のキラル物質の異性体分離装置は、上記の課題を解決するために、異なる異性体が混合したキラル物質に、円偏光又は楕円偏光の光を照射する円偏光照射手段と、キラル物質の異なる異性体ごとの加速度の相違に基づいて、少なくともいずれかの異性体を分離する異性体分離手段とを備えたことを特徴としている。
【００１７】
これにより、非接触で化学反応を用いないキラル物質の異性体分離装置を実現することができる。
【００１８】
本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態を示すものであって、キラル物質の異性体分離装置の構成を示す縦断面正面図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示すものであって、キラル物質の異性体分離装置の構成を示す縦断面正面図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示すものであって、キラル物質の異性体分離装置の構成を示す部分省略斜視図である。
【図４】本発明の実施例を示すものであって、Ｃｏｕｐｌｅｄ−ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｍｏｄｅｌを示す図である。
【図５】本発明の実施例を示すものであって、Ｔｒｏｇｅｒ’ｓ  ｂａｓｅ型ポルフィリンダイマーの立体構造を示す図である。
【図６】本発明の実施例を示すものであって、モデル化したポルフィリンダイマーを示す図である。
【図７（ａ）】本発明の実施例を示すものであって、ポルフィリンダイマーを想定した場合の各エナンチオマーに加わる加速度の光エネルギー依存性（ｚ軸方向）を示すグラフである。
【図７（ｂ）】本発明の実施例を示すものであって、ポルフィリンダイマーを想定した場合の各エナンチオマーに加わる加速度の差（ｚ軸方向）を示すグラフである。
【図８（ａ）】本発明の実施例を示すものであって、図６の場合と入射円偏光の回転方向が逆向きである場合の、各エナンチオマーに加わる加速度の光エネルギー依存性（ｚ軸方向）を示すグラフである。
【図８（ｂ）】本発明の実施例を示すものであって、図６の場合と入射円偏光の回転方向が逆向きである場合の、（ｂ）各エナンチオマーに加わる加速度の差（ｚ軸方向）を示すグラフである。
【図９】本発明の実施例を示すものであって、エナンチオマー分離装置の原理の一例を示す模式図である。
【図１０（ａ）】本発明の実施例を示すものであって、エナンチオマー分離実験モデルに対する数値計算結果（飛行距離１ｍで円偏光を等間隔で２５０回照射、レーザーのスポット径：１ｍｍ、分子ビームの初速度：１０ｍ／ｓ）を示し、各エナンチオマーにおけるｘ軸及びｚ軸の飛行距離を示すグラフである。
【図１０（ｂ）】本発明の実施例を示すものであって、エナンチオマー分離実験モデルに対する数値計算結果（飛行距離１ｍで円偏光を等間隔で２５０回照射、レーザーのスポット径：１ｍｍ、分子ビームの初速度：１０ｍ／ｓ）を示し、各エナンチオマーについて、ｘ軸の飛行距離に対するｚ軸の飛行距離差を算出した結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例を示すものであって、らせん状微小物体の双極子配列モデルを示す図である。
【図１２（ａ）】本発明の実施例を示すものであって、らせん状微小物体の双極子配列モデル（１，５，１０回転）に対する計算結果（極低温条件を想定）を示し、（＋）エナンチオマーに加わる加速度の光エネルギー依存性を示すグラフである。
【図１２（ｂ）】本発明の実施例を示すものであって、らせん状微小物体の双極子配列モデル（１，５，１０回転）に対する計算結果（極低温条件を想定）を示し、（＋），（−）エナンチオマーに加わる加速度の差を示すグラフである。
【図１３（ａ）】本発明の実施例を示すものであって、らせん状微小物体の双極子配列モデル（１，５，１０回転）に対する計算結果（室温付近の条件を想定）を示し、（＋）エナンチオマーに加わる加速度の光エネルギー依存性を示すグラフである。
【図１３（ｂ）】本発明の実施例を示すものであって、らせん状微小物体の双極子配列モデル（１，５，１０回転）に対する計算結果（室温付近の条件を想定）を示し、（＋），（−）エナンチオマーに加わる加速度の差を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例を示すものであって、エナンチオマー分離装置の原理の他の一例であって、光学異性体混合物の両側から偏光の回転方向の異なる円偏光を入射し、各エナンチオマーに加わる輻射力差のみを生かして分離する場合の模式図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    真空チャンバー
１ａ  異性体取入口
１ｂ  異性体取入口
２    分子ビーム発生装置
３    円偏光照射装置
４    円筒状容器
Ｃ    キラル物質
Ｃ１  異性体
Ｃ２  異性体
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図１４を参照して説明する。【００２２】
本発明のキラル物質の異性体分離方法は、キラル物質に円偏光等の光を照射することにより、キラル物質の異なる異性体ごとに加速度の相違を生じさせ、この加速度の相違に基づいて異性体を分離するものである。また、キラル物質の異性体分離装置では、円偏光照射手段がこの円偏光等の光を照射し、異性体分離手段が異性体を分離する。【００２３】
キラル物質とは、キラリティー（chirality）を有する物質をいい、主に分子構造に起因する化学物質であるが、カーボンナノチューブ等のように分子以外の構造に起因する物質も含む。このキラル物質は、異性体の分離が目的であるため、異なる異性体の混合したものが用いられる。ここで、キラル物質の異性体は、構造が鏡像関係にある２つの異性体からなるエナンチオマーだけでなく、複数の異性体からなるジアステレオマーも含む。【００２４】
このキラル物質は、運動が可能なように、真空中又は気体（ガス）や液体等の流動性媒質中に配置されることが好ましい。また、真空の圧力については１０−３Ｐａ以下であることが好ましい。また、このキラル物質は、真空中又は流動性媒質中で静止していてもよいし、移動していてもよい。そして、キラル物質が流動性媒質中にある場合は、この流動性媒質と共に移動していてもよい。ただし、キラル物質が移動する場合の速度は、円偏光等の光の照射方向に沿った成分ができるだけ０又は一定値であることが好ましい。【００２５】
上記キラル物質に照射する光は、異性体ごとに大きな加速度の相違を生じさせるために、円偏光であることが好ましい。また、この円偏光と直線偏光の重ね合わせで表わすことができる楕円偏光であっても、異性体ごとに大きな加速度の相違を生じさせることが可能である。【００２６】
この円偏光等の光は、特定の方向から照射される。また、移動するキラル物質に対しては、移動方向に沿った異なる場所の同一の特定方向から繰り返し又は連続的に照射されてもよい。また、このキラル物質には、異なる複数の特定方向から円偏光等の光を照射してもよい。ただし、同一の特定方向から照射する光は、左右いずれか一方の円偏光又は楕円偏光の光であることが好ましい。また、左右の異なる円偏光又は楕円偏光の光を別の特定方向から照射することはできるが、これらの特定方向は、異性体ごとの加速度の相違を大きく拡大させるために、できるだけ逆方向であることが好ましい。なお、ここでいう特定方向は、キラル物質の移動方向を基準としたものであるため、例えばキラル物質が回転移動する場合には、内向きの動径方向は全て同一の特定方向であり、外向きの動径方向は全てこれとは逆向きの同一の特定方向となる。【００２７】
上記円偏光等の光をキラル物質に照射すると、この光を吸収する際の吸光度や散乱の仕方が異性体ごとに異なる。そして、この吸光度や散乱の仕方が異なることにより、フォトンから異性体に移る運動量に差が生じるので、輻射力も異性体ごとに異なるようになる。その結果、これらの異性体自身の加速度にも相違が生じる。【００２８】
この円偏光等の光は、特に周波数の制限はないが、いずれかの異性体の電子的励起準位に共鳴する周波数の光を用いれば、異性体ごとの輻射力の相違が増強されるので、より好ましい。異性体の電子的励起準位に共鳴する周波数の光とは、少なくともこの共鳴周波数をスペクトル中に含む光であればよいが、スペクトルの最大ピークがこの共鳴周波数に一致することが好ましく、また、この最大ピーク部分の半値全幅内に共鳴周波数が含まれるような光であっても、この共鳴周波数での強度は最大ピーク値の半値以上となるので十分に有用なものとなる。なお、電子的励起準位とは、ナノ物質が有する電子系の量子力学的なエネルギー準位をいい、ナノ物質では、この励起準位が離散化されている。また、その固有エネルギーは、物質のサイズ、形状、内部構造等によって異なる。【００２９】
この円偏光等の光は、異性体の分離が目的である以上、キラル物質が破壊されない程度の強度と時間で照射されるべきである。また、円偏光等の光は、可干渉性（コヒーレンス）は不要であるため、レーザー光である必要はないが、十分な強度と集光性が得やすいレーザー光が適切である。従って、円偏光照射手段は、どのような光源を用いてもよいが、例えば、Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザーや半導体レーザー等を用いることができる。Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザーや半導体レーザーから出射されるレーザー光は、偏光子等の光学素子を用いて円偏光又は楕円偏光に変換して用いることが好ましい。【００３０】
具体的には、例えば、操作対象となるキラル物質がポルフィリンダイマーである場合、ポルフィリンダイマーの励起状態が存在する近紫外領域の波長の光（２．９ｅＶ（波長換算４２７ｎｍ）付近）を照射するレーザー光源を用いればよい。上記レーザー光源としては、例えば、波長可変のレーザー光源としてのモードロックＴｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザー（基本波：波長７２０ｎｍ−９００ｎｍ、筐体のサイズ：８１２．８×３１０．９×１９２．０ｍｍ）が挙げられる。この場合、該レーザーにＬＢＯやＬｉＯ３等の非線形光学結晶を用いると、第２高調波波長３６０ｎｍ〜４５０ｎｍに設定することができる。他にも、上記レーザー光源として、半導体レーザー（中心波長：８０８ｎｍ、波長域：７８０−９８０ｎｍ、筐体のサイズ：４４．２×４０×２５．６ｍｍ）を用い、２倍高調波（中心波長：４０４ｎｍ、波長域：３９０−４９０ｎｍ）に設定することができる。特に、上記半導体レーザーを用いれば装置の小型化を実現することができる。【００３１】
キラル物質の異性体を加速度の相違に基づいて分離するには、例えばこの加速度の相違により速度が相違することによって時間の経過に伴って差が生じる変位量を利用することができる。キラル物質が静止している場合は、円偏光等の光を照射することにより移動を開始するが、異性体ごとに移動速度が異なるので、一定時間後の移動距離（変位量）に差が生じる。また、キラル物質が直線運動をしている場合に、この直線運動の方向に交差する方向（直交方向を含む）から円偏光等の光を照射すると、直線運動を行いながら照射方向に沿って変位を開始し、この変位の速度が異性体ごとに異なるので、一定時間後の変位量にも差が生じる。さらに、キラル物質が直線運動をしている場合に、この直線運動に沿った方向から円偏光等の光を照射すると、直線運動の速度が変化し、この速度の変化が異性体ごとに異なるので、一定時間後の位置（変位量）にも差が生じる。しかも、これらの変位量に差が生じるのは、キラル物質が等速直線運動をしている場合に限らない。さらに、キラル物質が回転運動をしている場合に、この回転の動径回転面に交差する方向（回転軸方向である直交方向を含む）から円偏光等の光を照射すると、回転運動を行いながら照射方向に沿って変位を開始し、この変位の速度が異性体ごとに異なるので、一定時間後の変位量、即ち回転軸方向に沿った移動距離にも差が生じる。【００３２】
上記のようにして異性体ごとに変位量に差が生じると、例えば異性体ごとの変位量に応じた位置に異性体取入口を開口しておくことにより、この異性体取入口から特定の異性体のみを取り込んで、他の異性体と分離することができる。この異性体取入口は１つ以上備えていれば特に限定されるものではない。また、このような異性体取入口に代えて、異性体を吸収する装置や物質を配置しておいたり、異性体を吸着する物質や異性体と化学反応する物質を配置しておき、これらの物質から異性体を回収することもできる。さらに、本発明においては、このような異性体取入口に代えて、異性体を検出するための物質（異性体検出手段）を備えておき、これらの物質から異性体の特性やその空間位置を検出することもできる。本明細書でいう各異性体の「分離」は、分離された各異性体の測定、計測、検出等といった動作を包含するものである。すなわち、異性体分離手段は、これらの異性体取入口や異性体の吸収装置や異性体検出装置（異性体検出部）、および吸収や吸着等を行う物質が該当する。【００３３】
特に、異性体検出装置を備えた構成では、検出対象となるキラル物質について、異性体の組成や特性、特定の異性体の存在の有無等を割り出すことが可能になる。【００３４】
ただし、キラル物質の直線運動の速度のみが変化する場合には、異性体取入口やその他の装置、物質の配置位置のみによって異性体を分離することはできない。このため、例えば異性体取入口を用いる場合は、開口のタイミングを制御して目的の異性体が到達する期間にのみ開口させ、その他の時間には閉じているようにすればよい。この場合は、異性体ごとの加速度の相違による速度の変化の違いを利用することになる。また、異性体の通過位置に例えば電気的な障壁を設け、一定速度以上や一定加速度以上の異性体のみがこの障壁を超えることができるようにすれば、加速度が相違する異性体を分離することができる。【００３５】
上記構成により、異なる異性体が混合したキラル物質から各異性体を分離することができる。しかも、少なくとも分離過程では、非接触であり、化学反応を用いることもない。なお、キラル物質は、必ずしも全ての異性体を分離する必要はなく、１つ又は２つ以上の一部の異性体のみを分離してもよい。【００３６】
なお、円偏光の光をキラル物質に照射すると、この光を吸収する際の吸光度や散乱の仕方が異性体ごとに異なることは従来から知られている（円偏光二色性等）。しかしながら、この吸光度や散乱の仕方が異なることによる異性体ごとの加速度の相違を利用するという発想は、従来は存在しなかったか、加速度に相違が生じることは認識していたとしても、ごく僅かなものであるため、実質的には利用不可能なものであると考えられていた。しかしながら、本発明は、例えば電子的励起準位に共鳴する周波数の光を用いたり、左右の円偏光等の光を逆方向から照射する等の工夫を加えれば、加速度の相違が十分に有為なものであることを見出し、この加速度の相違に基づいて異性体の分離を行おうとするものである。【００３７】
〔第１実施形態〕
図１に、キラル物質の異性体分離装置の第１実施形態を示す。真空チャンバー１内には、分子ビーム発生装置２と円偏光照射装置３とが配置されている。分子ビーム発生装置２は、キラル物質Ｃの分子をビーム状に放出する装置である。このキラル物質Ｃは、エナンチオマーの２つの異性体Ｃ１，Ｃ２が混合された物質のである。分子ビーム発生装置２から放出されたキラル物質Ｃは、真空チャンバー１内を、図１における左側から右側へ向かって、等速直線運動するようになっている。【００３８】
円偏光照射装置３は、半導体レーザーから出射されるレーザー光を偏光子で右円偏光に変換して照射する装置である。このレーザー光の周波数は、キラル物質Ｃの異性体Ｃ１の電子的励起準位に共鳴する周波数になっている。円偏光照射装置３から照射された右円偏光の光は、分子ビーム発生装置２から放出されたキラル物質Ｃに向けて、等速直線運動の方向に直交する図１における下方から照射するようになっている。【００３９】
真空チャンバー１は、内部を真空にした容器であり、図１における右側の側壁の上部に上下２箇所の異性体取入口１ａ及び１ｂが開口されている。分子ビーム発生装置２から放出されるキラル物質Ｃが等速直線運動し真空チャンバー１の側壁に衝突する点（図１の破線と右側の側壁との交点）を衝突点とすると、異性体取入口１ａ及び１ｂは、この衝突点よりも上側に形成されている。【００４０】
分子ビーム発生装置２から放出されたキラル物質Ｃは、円偏光照射装置３から右円偏光の光が照射されなかったとすると、一点鎖線の矢印に示すように、真空チャンバー１内を右側に向けて等速直線運動して、右側の側壁に衝突することになる。【００４１】
しかしながら、このキラル物質Ｃは、等速直線運動の途中で円偏光照射装置３によって右円偏光の光が下方から照射されると、図１における垂直上向きの輻射力を受けて、この上向きの加速度が生じる。しかも、キラル物質Ｃの２つの異性体Ｃ１，Ｃ２は、右円偏光の光による輻射力に相違があるので、この上向きの加速度にも相違が生じる。また、この右円偏光の光は、一方の異性体Ｃ１の共鳴周波数の光であるため、輻射力がさらに大きくなるので、２つの異性体Ｃ１，Ｃ２の加速度の相違が増強される。【００４２】
このため、一方の異性体Ｃ１は、共鳴周波数の右円偏光の光の照射によって、運動方向を上向きに大きく変化させるので、右側に移動するに従って上方に大きく変位するようになる。その結果、異性体Ｃ１は、異性体取入口１ａ及び１ｂのうち、真空チャンバー１の側壁のより上方側に開口された異性体取入口１ａから、外部に飛び出して、ここで収集される。また、他方の異性体Ｃ２は、右円偏光の光の照射によって、運動方向を上向きに少し変化させるので、右側に移動するに従って上方に少しずつ変位するようになる。その結果、異性体取入口１ａ及び１ｂのうち、真空チャンバー１の側壁のより下方側に開口された異性体取入口１ｂから外部に飛び出して、ここで収集される。【００４３】
この結果、本実施形態のキラル物質の異性体分離装置によれば、真空チャンバー１の上部の上側と下側に開口する異性体取入口１ａ及び１ｂからそれぞれ、キラル物質Ｃの異性体Ｃ１及びＣ２を分離して取り出すことができる。【００４４】
〔第２実施形態〕
図２にキラル物質の異性体分離装置の第２実施形態を示す。真空チャンバー１内には、分子ビーム発生装置２と円偏光照射装置３とが配置されている。分子ビーム発生装置２は、第１実施形態で用いたものと同じであるので、説明を省略する。【００４５】
本実施形態のキラル物質の異性体分離装置では、円偏光照射装置３が、真空チャンバー１内の上下に複数個ずつ配置されている。即ち、真空チャンバー１の下方には、第１実施形態と同じ円偏光を出射する円偏光照射装置３が複数個左右に並べて配置され、真空チャンバー１の上方には、第１実施形態と異なる円偏光を出射する複数個の円偏光照射装置３’が複数個左右に並べて配置されている。そして、真空チャンバー１の上方に配置された円偏光照射装置３’は、下方の円偏光照射装置３と互い違いの位置関係になっている。真空チャンバー１の上方の複数個の円偏光照射装置３’は、半導体レーザーから出射されるレーザー光を偏光子で左円偏光に変換して照射する装置であり、このレーザー光の周波数は、キラル物質Ｃの異性体Ｃ２の電子的励起準位に共鳴する周波数になっている。そして、これらの円偏光照射装置３’から照射された左円偏光の光は、分子ビーム発生装置２から放出されたキラル物質Ｃに向けて、等速直線運動の方向に直交する図２における上方から照射するようになっている。【００４６】
真空チャンバー１’は、第１実施形態とほぼ同じものであるが、第１実施形態のものに比べて天井が低い点で異なる。また、図２における右側の側壁には、上部と下部との２箇所に異性体取入口１ａ及び１ｂが開口されている。分子ビーム発生装置２から放出されるキラル物質Ｃが等速直線運動し真空チャンバー１’の側壁に衝突する点（図２の破線と右側の側壁との交点）を衝突点とすると、異性体取入口１ａ及び１ｂは、この衝突点を挟むように形成されている。【００４７】
分子ビーム発生装置２から放出されたキラル物質Ｃは、円偏光照射装置３及び３’からそれぞれ、右円偏光及び左円偏光の光が照射されなかったとすると、一点鎖線の矢印に示すように、真空チャンバー１内を右側に向けて等速直線運動して、右側の側壁における上下の異性体取入口１ａ，１ｂの中間部分に衝突することになる。【００４８】
本実施形態の異性体分離装置では、このキラル物質Ｃは、等速直線運動の途中で上下の円偏光照射装置３及び３’によって、右円偏光の光が下方から照射されると共に左円偏光の光が上方から照射される。このため、一方の異性体Ｃ１は、右円偏光の光による上向きの大きな輻射力と左円偏光の光による下向きの小さな輻射力とを受ける。そして、一方の異性体Ｃ１は、これらの輻射力の差により上向きの加速度が生じる。しかも、右円偏光の光は一方の異性体Ｃ１の共鳴周波数の光であるため、この上向きの加速度がさらに増強される。また、他方の異性体Ｃ２は、右円偏光の光による上向きの小さな輻射力と左円偏光の光による下向きの大きな輻射力を受ける。そして、一方の異性体Ｃ２は、これらの輻射力の差により下向きの加速度が生じる。しかも、左円偏光の光は他方の異性体Ｃ２の共鳴周波数の光であるため、この下向きの加速度がさらに増強される。さらに、上下の円偏光照射装置３及び３’は、複数個ずつ配置されている。それゆえ、キラル物質Ｃは、等速直線運動の途中で繰り返し右円偏光及び左円偏光の光を照射される。このため、異性体Ｃ１，Ｃ２に生じる、上向き及び下向きの加速度がそれぞれ複数倍になり、これらの加速度の相違が極めて大きくなる。【００４９】
このため、一方の異性体Ｃ１は、運動方向を上向きに大きく変化させるので、右側に移動するに従って上方に大きく変位するようになり、真空チャンバー１の側壁の上部に開口する異性体取入口１ａから外部に飛び出して、ここで収集される。また、他方の異性体Ｃ２は、運動方向を下向きに大きく変化させるので、右側に移動するに従って下方に大きく変位するようになり、真空チャンバー１の側壁の下部に開口する異性体取入口１ｂから外部に飛び出して、ここで収集される。【００５０】
この結果、本実施形態のキラル物質の異性体分離装置によれば、真空チャンバー１の上部と下部に開口する異性体取入口１ａ，１ｂから、キラル物質Ｃの異性体Ｃ１，Ｃ２を分離して取り出すことができる。しかも、キラル物質Ｃに上下から右円偏光と左円偏光の光を照射することにより、異性体Ｃ１及びＣ２の変位の方向を上下に分けるので、大型の真空チャンバー１を用いる必要がなくなる。さらに、キラル物質Ｃに複数個の円偏光照射装置３及び３’から円偏光の光を照射するので、個々の円偏光照射装置３及び３’の光強度を大きくすることなく、異性体Ｃ１，Ｃ２の変位量の差を大きくすることができる。【００５１】
〔第３実施形態〕
図３にキラル物質の異性体分離装置の第３実施形態を示す。円筒容器４内には流動性媒質が満たされており、この流動性媒質が、等角速度で回転するようになっている。また、この流動性媒質中には、第１〜２実施形態と同じキラル物質Ｃの分子が浮遊して一緒に回転している。【００５２】
円筒容器４の蓋板の周縁部には等角度間隔で複数個の円偏光照射装置３’が配置されると共に、この円筒容器４の底板の周縁部には、等角度間隔で複数個の円偏光照射装置３が配置されている。そして、円偏光照射装置３は、蓋板の円偏光照射装置３’と互い違いの位置関係になっている。蓋板に配置された円偏光照射装置３’は、第２実施形態における上方の円偏光照射装置３’と同じであり、底板に配置された円偏光照射装置３は、第２実施形態における下方の円偏光照射装置３と同じである。【００５３】
円筒容器４内で回転するキラル物質Ｃは、上下の円偏光照射装置３及び３’によって、右円偏光の光が下方から繰り返し照射されると共に左円偏光の光が上方から繰り返し照射される。このため、第２実施形態の場合と同様に、一方の異性体Ｃ１には上向きの大きな加速度が生じ、他方の異性体Ｃ２には下向きの大きな加速度が生じる（なお、図３では異性体Ｃ１，Ｃ２の図示は省略している）。しかも、キラル物質Ｃは、回転のたびに、円偏光の光が繰り返し照射されるので、異性体Ｃ１，Ｃ２の加速度がさらに大きくなり、これらの加速度の相違が極めて大きくなる。【００５４】
このため、一方の異性体Ｃ１は、回転しながら上方に大きく変位して、円筒容器４の蓋板付近に移動し、他方の異性体Ｃ２は、回転しながら下方に大きく変位して、円筒容器４の底板付近に移動する。このため、円筒容器４内の流動性媒質を上下に分けて取り出すことができれば、異性体Ｃ１と異性体Ｃ２とを分離することができる。また、円筒容器４の蓋板や底板に異性体取入口を設けることにより、これらの異性体取入口から溢れだした流動性媒質と共に異性体Ｃ１と異性体Ｃ２とを分離して取り出すことができる。【００５５】
この結果、本実施形態のキラル物質の異性体分離装置によれば、円筒容器４内の上部の流動性媒質と下部の流動性媒質からキラル物質Ｃの異性体Ｃ１，Ｃ２を分離して取り出すことができる。
【実施例】
【００５６】
以下に、上記キラル物質の異性体分離方法の原理の考察と数値的な評価を示す。【００５７】
キラル物質に含まれる各異性体は、左円偏光及び右円偏光に対して、屈折率や吸収度が異なるため、旋光性や円偏光二色性などの光学的性質を有している。通常、この現象が生じる原因は、物質の分極率テンソルの非対角成分が含まれるために空間反転対称性の破れから生じると理解されてきた。この空間反転対称性の破れが生じる仕組みを古典的取り扱いで理論的に説明したものに、ＫｕｈｎのＣｏｕｐｌｅｄ−ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｍｏｄｅｌがある。この理論は、図４に示される配置で、矢印の方向に振動し、相互作用する２つの点状振動子（振動子１及び振動子２）を想定している。そして、この２つの振動子の結合系を２つのモノマーが結合して形成された１つのキラル分子とみなして、下記数式（１）のような誘起分極Ｐと入射電場Ｅｂとの関係式を求め、分極率テンソルに非対角成分が現れることを示している。【００５８】
【数１】
2009075359.tif 000003
【００５９】
数式（１）から、Ｅｂとして異なる円偏光を入射すれば分極Ｐの表式はそれぞれ異なり、また図４で想定しているキラル分子のｚｘ平面を鏡像面とした場合の異性体は同じ円偏光を照射した場合でも分極の形態が異なることを示すことができる。このことに着目し、上述のような共鳴光マニピュレーションの原理を利用すれば、角運動量を持つ光を用いることでキラリティーを有する微小物体の量子力学的性質を反映した共鳴輻射力による新しいタイプの光操作、更には上述のような課題を解決できる異性体分離に繋がるのではないかと着想した。発明者のグループによる研究においては、特定のサイズ、形状、内部構造等の違いによる量子力学的特性を活かした共鳴輻射力によるナノ物質の選別・操作に関する研究や発明がなされてきた。しかし、この研究では、主に対称性の良いナノ物質を操作の対象とした理論研究を基にしていたため、キラリティーを有する物質のように非対称な幾何学的構造を有するナノ物質に関する議論は今後の課題として残されていた。【００６０】
また、上記の特許文献３は、円偏光に着目した技術を開示している。しかしながら、この技術は、あくまで化学的な不斉合成法の不斉源として用いているのであり、光励起下でのキラリティーを有する物質の力学的運動制御による分離という点には着目していない。また、上記の特許文献３には、円偏光照射によってキラリティーを有するナノ物質に輻射力を及ぼして力学的に操作可能であることは開示されていない。このような状況に着目し、キラリティーを有する微小物体に円偏光などの角運動量を有する共鳴光を照射した場合に生じる輻射力の偏光・キラリティーの種類・光エネルギー依存性を微視的非局所応答理論とローレンツ力の方程式に基づいて鋭意検討した結果、本発明の完成に至った。【００６１】
微視的非局所応答理論によってキラル分子に対する共鳴輻射力を評価する際に必要となる、誘起分極及び応答電場の計算方法の概略を以下に述べる。まず、分極と電場との相互作用を遅延効果も含めて摂動項とするハミルトニアンを含むシュレディンガー方程式から導いた誘起分極Ｐを源とするマクスウェル方程式を自己無撞着に解くことにより力の評価に必要な誘起分極を下記数式（２）のように決定する。【００６２】
【数２】
2009075359.tif 000004
【００６３】
ここで、添え字ｉはサイトの番号、Ｘｉは分極の複素振幅、下記数式（３）は遷移双極子密度を表し、【００６４】
【数３】
2009075359.tif 000005
【００６５】
ρｉ（ｒ）はその振幅、数式（３）中の下記ベクトル（４）は方向を示す単位ベクトルである。【００６６】
【数４】
2009075359.tif 000006
【００６７】
また、ＳはＸｉを決定するための連立方程式の係数行列であり、Ｅｉはｉ番目のサイトの固有エネルギー、数式（２）中の下記エネルギー（５）は入射光のエネルギー（周波数）、γは非輻射幅、δｉｊはクロネッカーデルタ、Ａｉｊは電磁場を介した分極間相互作用、Ｘはｉを行番号とするＸｉの縦ベクトル、Ｘｂはｉを行番号とする誘起分極と入射場の相互作用Ｘｉｂの縦ベクトルである。【００６８】
【数５】
2009075359.tif 000007
【００６９】
また、本理論の適用例として、図４と同様の配置に同じ大きさの遷移双極子を有する直交する２つの有限サイズの双極子がある場合を想定し、数式（２）におけるＸについての連立方程式を解き、数式（１）に対応するような誘起分極Ｐを下記数式（６）に与えた。【００７０】
【数６】
2009075359.tif 000008
【００７１】
ここで、下記数式（７）はｉ番目のサイトの自己相互作用を含む固有エネルギー、【００７２】
【数７】
2009075359.tif 000009
【００７３】
下記数式（８）は非輻射幅と輻射幅の和を表す。【００７４】
【数８】
2009075359.tif 000010
【００７５】
数式（１）と数式（６）とを比較すると、数式（１）では振動子強度や自己相互作用係数などの現象論的な物理量に基づいてキラリティーの機構を説明していたが、数式（６）に現れる諸量はシュレディンガー方程式とマクスウェル方程式から自己無撞着に決定されており、微視的な意味付けも明確である。更に、数式（１）では、振動子それぞれを点双極子と考える近似を用いていたが、数式（６）は任意のサイズ・形状のキラル分子やナノ構造体に適用可能であり物質の量子力学的な情報も含めることができるため、本理論は数式（１）の場合よりも一般的な表式になっていると言える。また、数式（６）から、Ａｉｊがキラリティーの決定において重要であり、キラル分子を構成するモノマーの幾何学的構造や電磁場の空間構造の情報を反映した量になっている。【００７６】
そして、図４のモデルにかかわらず、対象とするキラル分子のモデルを与えた後、数式（２）より得られた誘起分極Ｐと下記数式（９）で表される応答電場とを、【００７７】
【数９】
2009075359.tif 000011
【００７８】
ローレンツ力の方程式から導出される輻射力の解析的表式の数式（１０）に代入すれば、【００７９】
【数１０】
2009075359.tif 000012
【００８０】
対象物質の微視的空間構造を反映した共鳴輻射力を数値的に評価することができる。【００８１】
以下では、具体的な計算モデルとして、双極子で表された２個のポルフィリンがキラルな配置を保って結合しているＴｒｏｇｅｒ’ｓ  ｂａｓｅ型ポルフィリンダイマー（図５）に円偏光平面波を照射した場合を想定し、上記数式（２）、数式（９）、及び数式（１０）を用いて輻射力を評価した。【００８２】
ここで用いたポルフィリンダイマーを含むポルフィリン集積系は、錯体化学、超分子化学の中心的な研究対象物質の１つであり、紫外可視領域で光の吸収や発光を起こす色素となる。このため、上記のポルフィリン集積系は、太陽電池や有機ＥＬ発光素子等様々な分野で応用が期待されている汎用的な有機物質である。また、キラリティーが生じる幾何学的構造を有するポルフィリン集積系についても、多数報告されており、対象としたポルフィリンダイマーは、その中の具体例の一つである。特に、分子内の遷移双極子モーメントの詳細が明らかであり、その形状がＫｕｈｎのＣｏｕｐｌｅｄ−ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｍｏｄｅｌに近いシンプルな形をしていることや、ＵＶ−ｖｉｓ．スペクトルと円偏光二色性スペクトルが明らかであり（例えば、参考文献２）、光学的特性と輻射力を明瞭に関連付けできる等の理由から、Ｔｒｏｇｅｒ’ｓ  ｂａｓｅ型ポルフィリンダイマーを用いた。特に、左右円偏光の一方を照射した時の各エナンチオマーでの輻射力差が円偏光二色性スペクトルに比例することを確認している。【００８３】
図６に示されるように、原点にあるＴｒｏｇｅｒ’ｓ  ｂａｓｅ結合部から等距離に２つのポルフィリンがあり、結合部と窒素原子とを結ぶ軸上の電気双極子モーメントは、下記数式（１１）で表わされる。（実際には直交する方向にも遷移双極子が生じるが、共鳴波長が少し異なると考えられる。ここでは計算モデルを簡単化する意も込めて、それらは無視した。）【００８４】
【数１１】
2009075359.tif 000013
【００８５】
ｘｚ平面を鏡像面とし、ポルフィリン１とポルフィリン２のペアを（＋）エナンチオマー、ポルフィリン１とポルフィリン２’のペアを（−）エナンチオマーとする。【００８６】
まず、ｚ軸方向（すなわち、図６に示す方向）に伝播する円偏光を入射した時の（＋）エナンチオマー及び（−）エナンチオマーそれぞれの分子に働く輻射力を調べた。その結果を図７（ａ）及び（ｂ）に示す。図７（ａ）は、各エナンチオマーに加わる加速度の光エネルギー依存性（ｚ軸方向）を示すグラフである。図７（ｂ）は、各エナンチオマーに加わる加速度の差（ｚ軸方向）を示すグラフである。ここで、分子のパラメーターとして、Φ＝８１°、φ＝４５°、ポルフィリン中心間距離８．３８［Å］、電気双極子モーメントの大きさ｜ｄ｜＝８．０６［Ｄｅｂｙｅ］、自己相互作用を含む単体の励起エネルギー２．８９［ｅＶ］、ポルフィリンダイマー１分子の質量２．６６×１０−２４［ｋｇ］を用いた。また、非輻射幅と輻射幅の和Γｉは、参考文献１に記載の実験のような、超流動ヘリウム中などで得られる極低温条件を想定し、０．２［ｍｅＶ］とした。入射光強度としては、原子のレーザー冷却などで利用されるのと同じオーダーである８．４４［Ｗ／ｃｍ２］を想定した。線形応答領域では輻射力は入射光強度に比例する。図７（ｂ）は両者に加わる輻射力による加速度の差を表している。図７（ａ）を見る限り、両者に加わる輻射力には、ほとんど差が無いように思われる。しかし、図７（ｂ）に示されるように、ダイマーを構成するモノマー中の分極間の相互作用によりスプリットした２つの共鳴エネルギー付近では、想定している条件下で重力加速度よりもおよそ２桁ほど大きな加速度の差があることが分かる。この結果は、異性体混合物（キラル物質）に対しある方向の円偏光を当て続けるという単純な操作により、異性体の変位距離を稼ぐことができれば、異性体分離を実現することができることを示している。【００８７】
次に、図６に示した円偏光の向きと逆向きの偏光の回転方向の円偏光を入射したときの、（＋）エナンチオマー及び（−）エナンチオマーそれぞれの分子に働く輻射力を調べた。その計算結果を図８（ａ）及び（ｂ）に示す。図８（ａ）は、各エナンチオマーに加わる加速度の光エネルギー依存性（ｚ軸方向）を示すグラフである。図８（ｂ）は、各エナンチオマーに加わる加速度の差（ｚ軸方向）を示すグラフである。図８（ａ）は、図７（ａ）とほぼ同じようなスペクトルを示している一方、図８（ｂ）は図７（ａ）の加速度差の符号を逆にしたようなスペクトル構造を示している。このことから、各エナンチオマーにおける、それぞれの共鳴位置と左右円偏光との間には、それらの組み合わせによる差異が存在していることが分かる。この原理を利用したエナンチオマー分離技術の一例について、以下に説明する。図９は、図７（ａ）・（ｂ）及び図８（ａ）・（ｂ）に示す計算結果を利用したエナンチオマー分離技術の一例を示す模式図である。図９に示すエナンチオマー分離技術では、まず、エナンチオマー混合物の分子ビームをｘ軸に飛ばして、それと垂直な方向（ｚ軸方向）からある一定の向きの円偏光を何回か照射する。分子ビーム中にエナンチオマー混合物に円偏光が照射されると、円偏光の向きとキラル分子との相性により、（＋）エナンチオマーと（−）エナンチオマーとの間にｚ軸方向の加速度差が生まれる。そして、最終的には、各エナンチオマーがｚ軸方向に分離した形で所定の位置に到着する。このようなエナンチオマー分離を実際に数値計算した結果を図１０（ａ）及び（ｂ）に示す。図１０（ａ）は、各エナンチオマーについて、ｘ軸の飛行距離に対するｚ軸の飛行距離差を算出した結果を示すグラフである。図１０（ｂ）は、各エナンチオマーについて、ｘ軸の飛行距離に対するｚ軸の飛行距離差を算出した結果を示すグラフである。図１０（ａ）及び（ｂ）の結果より、最終的に各分子の位置関係が、分子の大きさと比べてマクロな距離離れていることが分かる。ただし、ｚ軸方向に各分子が飛びすぎてしまうという危険性がある。このため、ｚ軸方向からある特定の向きの円偏光を図９のモデルと同様に入射し、−ｚ軸方向からもそれとは逆向きの円偏光を交互に入射してやることにより、各分子に対する輻射力差のみを生かせる実験系が構築できる。また、流動性媒質中でも流路を準備し、異性体混合物を長距離に渡って流れに乗せ、図３に示したように円偏光を流れと直交する方向から複数回照射することで経路にマクロな差を付けることができ、分離が可能になる。【００８８】
これらの結果はＣｏｕｐｌｅｄ−ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｍｏｄｅｌに基づいた計算であるが、対象物質としてポルフィリンダイマーに限定されるものでは無く、左右円偏光に対して吸収の差（円偏光二色性）が見られるキラル物質であれば輻射力の差が生じることを開示した一般的な内容であり、汎用的に適用させることができる。【００８９】
例えば、参考文献３によればカーボンナノチューブの鏡像異性体も左右円偏光に対して吸収の差が見られ、円偏光二色性を示すので本発明を利用することができる。【００９０】
次に、Ｃｏｕｐｌｅｄ−ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ｍｏｄｅｌを拡張させ、図１１のようなｚ軸方向に回転角θでｎ個の双極子（原子・分子）がらせん状に配置している微小物体を考える。このような、らせん状の微小物体としては特に限定されるものではないがＤＮＡなどの核酸や、参考文献４に見られるようなポルフィリンのらせん状構造重合体が挙げられる。図１１は、θ＝９０°のらせん状双極子を表しており、このような配置（入射光の方向から見て右巻き）の微小物体を（＋）エナンチオマーとし、ｘｚ平面を鏡像面とした上記微小物体の異性体を（−）エナンチオマー（入射光の方向から見て左巻き）として取り扱う。図１１に示された双極子の配置では、双極子４個でちょうど一周するので、双極子４個のセットを１回転と呼ぶことにする。このようなモデルに対して、ｚ軸方向から図１１に示す向きの円偏光平面波を照射した時に生じる共鳴輻射力を、先ほどと同じような極低温条件において数値計算で評価したものが図１２になる。双極子１個のパラメータとして、Ｚｎ−ポルフィリンの遷移双極子を想定し、電気双極子モーメントの大きさ｜ｄ｜＝８［Ｄｅｂｙｅ］、自己相互作用を含む励起エネルギー２．８９［ｅＶ］、質量１．３３×１０−２４［ｋｇ］を用いた。また、図１１における微小物体のパラメータとして、ｌｘ＝ｌｙ＝４［Å］、ｌｚ＝１［ｎｍ］を用いた。計算手法としては、上記数式（２）よりｎ個の双極子の場合における応答場を求め、それらを数式（１０）に代入することにより評価した。図１２（ａ）より、回転数が増加すると微小物体全体に加わる加速度のピーク値はほぼ同じであるが、その共鳴周波数位置は敏感に変化しているということが分かる。この結果は、入射光の周波数を調整することで特定のサイズや回転数の微小物体のみに有効的な輻射力を与えることができ、微小物体のサイズ・回転数選別ができることを示している。一方で、図１２（ｂ）に示されるように、加速度差のピーク値は、回転数に比例して増加している。この結果は、単体のキラル分子よりも、該キラル分子をナノ結晶化する、もしくは重合させたものの方が、円偏光によるキラリティーの共鳴輻射力差が増強されるということを示している。通常、キラル分子の異性体混合物を結晶化させると物質によってラセミ化合物（エナンチオマー同士が対になって結晶化）、ラセミ固溶体（両エナンチオマーが無秩序に配列し結晶化）、ラセミ混合物（各エナンチオマーのみで結晶化したものの混合物）の３つの形態の何れかを取る。今回の場合、該キラル分子をナノ結晶化したものとはラセミ混合物のナノ結晶を示す。また、参考文献５ではラセミ化合物として結晶成長するアスパラギン（アミノ酸の一種）を、添加物を用いることによりラセミ混合物として結晶成長させた報告がなされており、このような手法と組み合わせることでナノ結晶化による分離の適用範囲は拡げられる。さらに、アキラル分子から構成されるキラル結晶についても適用可能である。ゆえに、図１２（ａ）及び（ｂ）の結果から、キラリティーを有するナノ結晶又は重合体に対し円偏光を照射する操作を行っても、有効な異性体分離が可能になることが分かる。また、それと同時に微小物体のサイズ・回転数選別を行うことも可��となる。【００９１】
一方で、これらの原理に基づき、分離後の異性体の存在やその空間位置を検出することで、該異性体の円偏光二色性や重合度、サイズ等の分布測定技術やキラル物質の分極構造解析に応用することも可能である。【００９２】
最後に、室温の熱エネルギーと同程度の非輻射幅と輻射幅の和（Γｉ＝１２．５ｍｅＶ：半値半幅なので２倍すると室温の熱エネルギーと比較できる値となる）を想定した場合について、図１２と同様にして計算を行った。その計算結果を図１３に示す。常温では共鳴効果が極低温条件の場合よりも鈍るため、各エナンチオマーに加わる加速度差が有効に得られないのではという危惧もあった。しかし、図１３（ｂ）から、各エナンチオマーに加わる加速度の差、及びトータルの加速度の比は、輻射・非輻射幅の輪和にそれほど依存せず、加速度の数十分の１程度のオーダーとなることが分かる。さらに、この場合においても、らせんの回転数が増えることで加速度差が増強されるという傾向が見られる。一定のレーザー強度を用いた計算では、加速度は非輻射幅と輻射幅の和が増大すると小さくなってしまうが、レーザー光の強度を増加させれば加速度を増大し、同時に加速度差も増強することができる。例えば、光ピンセットでは、レーザー光を集光することによりＭＷ／ｃｍ２（１０６Ｗ／ｃｍ２）級の強い入射光を利用している（参考文献６）。このような光源を利用すれば常温流体中でも、加速度差を増大させ、エナンチオマー分離が可能になる。また、図１４に示されるように、異性体混合物を挟んで、相対する方向から円偏光を照射し、両円偏光の向きを互いに反対向きにすることにより、両エナンチオマーに加わる輻射力の差を有効に活かして分離を行うことも可能である。
〔参考文献〕
参考文献１：K. Inaba, K. Imaizumi, K. Katayama, M. Ichimiya, M. Ashida, T. Iida, H. Ishihara and T. Itoh, physica status solidi (b) Vol.243 pp.3829-3833 (2006).
参考文献２：森貴治, 山村剛士, J. Comput. Chem. Jpn., Vol. 4, No. 3, pp. 107-118 (2005).
参考文献３：A. Sanchez-Castillo, C.E. Roman-Velazquez and Cecilia Noguez, Physical Review B Vol.73, 045401(1-7) (2006).
参考文献４：S. Geremia, L. Di Costanzo, G. Nardin, L. Randaccio, R. Purrello, D. Sciotto, R. Lauceri, F. Pichierri, Inorg. Chem., Vol. 43, pp.7579-7581, (2004).
参考文献５：N. Doki, M. Yokota, S. Sasaki and N. Kubota, Cryst. Growth & Des. Vol.4 pp.1359-1363 (2004).
参考文献６：S. Ito, H. Yoshikawa, and H. Masuhara, Appl. Phys. Lett. Vol.80, pp.482-484 (2002).
また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。【００９３】
本発明のキラル物質の異性体分離方法は、以上のように、異なる異性体が混合されたキラル物質に円偏光又は楕円偏光の光を照射することにより、キラル物質の異なる異性体ごとに加速度の相違を生じさせ、この加速度の相違に基づいて少なくともいずれかの異性体を分離する構成である。【００９４】
また、本発明のキラル物質の異性体分離装置は、以上のように、異なる異性体が混合したキラル物質に、円偏光又は楕円偏光の光を照射する円偏光照射手段と、キラル物質の異なる異性体ごとの加速度の相違に基づいて、少なくともいずれかの異性体を分離する異性体分離手段とを備えた構成である。【００９５】
それゆえ、非接触で化学反応も用いないキラル物質の異性体分離方法及びその装置を実現することができる。【００９６】
本発明のキラル物質の異性体分離方法では、キラル物質は、真空中又は気体（ガス）や液体等の流動性媒質中に配置されることが好ましい。【００９７】
本発明のキラル物質の異性体分離方法では、前記円偏光又は楕円偏光の光が、キラル物質に含まれる異性体のうち何れか１つの電子的励起準位に共鳴する周波数の光であることが好ましい。【００９８】
このような円偏光又は楕円偏光をキラル物質に照射することにより、異性体ごとの輻射力の相違が増強されるので、異性体の分離をより正確なものにすることができる。【００９９】
本発明のキラル物質の異性体分離方法では、前記キラル物質に対し、偏光の回転方向が異なる２つの円偏光又は楕円偏光の光を照射し、前記２つの円偏光又は楕円偏光の光のうち一方の光を特定の方向から照射するとともに、他方の光を前記特定の方向とは異なる方向から照射することが好ましい。【０１００】
これにより、異性体ごとの加速度の相違を大きく拡大させることができる。【０１０１】
本発明のキラル物質の異性体分離装置では、前記円偏光照射手段が照射する光が、キラル物質に含まれる異性体のうち何れか１つの電子的励起準位に共鳴する周波数の光であることが好ましい。【０１０２】
これにより、異性体ごとの輻射力の相違が増強されるので、異性体の分離をより正確なものにすることができる。【０１０３】
本発明のキラル物質の異性体分離装置では、前記円偏光照射手段は、前記キラル物質に対し、偏光の回転方向が異なる２つの円偏光又は楕円偏光の光を照射するものであり、前記２つの円偏光又は楕円偏光の光のうち一方の光を特定の方向から照射するとともに、他方の光を前記特定の方向とは異なる方向から照射するようになっていることが好ましい。【０１０４】
これにより、異性体ごとの加速度の相違を大きく拡大させることができる。【０１０５】
発明のキラル物質の異性体分離装置では、前記キラル物質を媒質中の一方向に向けて放出するキラル物質放出手段を備え、前記円偏光照射手段が、前記キラル物質の放出方向と交差する方向から光を照射するものであることが好ましい。【０１０６】
これにより、異性体ごとの加速度の相違を大きく拡大させることができる。【０１０７】
本発明のキラル物質の異性体分離装置では、前記キラル物質を含む流動性媒質を回転させる媒質回転手段を備え、前記円偏光照射手段が、この媒質回転手段による回転の動径回転面に交差する方向から、キラル物質に光を照射するものであることが好ましい。【０１０８】
本発明のキラル物質の異性体分離装置では、前記異性体分離手段は、各異性体を取り込むための異性体取入口を備え、前記異性体取入口それぞれは、前記加速度の相違により時間の経過に伴って差が生じる変位量に応じた位置に配されたことが好ましい。前記異性体分離手段としては特に限定されるものではないが、異性体の吸収装置や異性体検出装置（異性体検出部）、および吸収や吸着等を行う物質を用いても構わない。【０１０９】
前記のように、前記異性体取入口それぞれは、前記加速度の相違により時間の経過に伴って差が生じる変位量に応じた位置に配された構成であるため、より簡素な構成で、異性体を分離することができる。【０１１０】
尚、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、以上のように、非接触で化学反応を用いずに、異性体を分離することができる。
【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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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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