赤外自由電子レーザーの現状，利用研究と展望

赤外自由電子レーザーの生命環境科学への応用研究
川l平康
東京理科大学総合研究院赤外自由電子レーザー研究センター
高エネルギー加速器研究機構加速器研究施設〒2788510 千葉県野田市山崎2641〒3050801 茨城県つくば市大穂 11

生体物質を主な対象とする研究分野において赤外自由電子レーザーはこれまで病理組織のアブレーションや気相に■要
旨おける生体分子のコンフォメーション解析に用いられてきた。これに対し筆者は生体物質の内部構造を探る分析法
としての可能性とバイオマスを分解するグリーンテクノロジーとしての応用性を見出した。本総説ではこれらの研究事例について紹介し，生命科学及び環境科学分野における赤外自由電子レーザーの新規活用法について提案する。

施された研究内容をざっと俯瞰してみると，だいたい 2

1. はじめに種類のカテゴリーに分類されることがわかる。一つは生体

赤外自由電子レーザー（IRFEL）の発振原理や物理的組織の光熱作用によるアブレーション現象に関する解析で特性については本特集号の他の先生方の総説に詳しいため

あ る3,610) 。 例 え ば 生 体 組 織 に 対 し て 波 長 6.5 mm の IR 

本稿では割愛させて頂くとして，ここでは IR FEL の新FEL を照射すると，病変組織周辺に対する照射ダメージ

たな利用展開として生命科学及び環境科学分野における最を最小限に抑えて腫瘍を除去できる。また損傷を受けた組

近の 筆者ら の発 表論文 の内 容を中 心に述 べる こと とす

織内のタンパク質の発現をイメージング解析により調べらる1,2)。まずは Table 1 をご覧いただきたい。生体物質を主れている。もう一つのカテゴリーは， Infrared multi-pho-に扱う研究分野において発表された過去の論文をまとめた

ton dissociation （ IRMPD ）スペクトル法による生体分子ものである。紙面の都合上すべては網羅しきれないことをのコンフォメーション解析である4,5,11,12)。例えばビタミン

ご 容 赦 頂 き ， 1999 ～ 2020 年 ま で に 世 界 の 各 FEL 施 設類の一つであるビオチンやアミノ酸の一種グルタミン酸の（FELIX, Vanderbilt University, JLab, iFEL, CLIO）で実気相におけるコンフォメーションが赤外多光子吸収スペク

Table 1

Ref.
3
4
5

Various application studies of IR-FEL in biological science.
Title

Dynamic behavior of photoablation products of corneal tissue in the mid-IR:
a study with FELIX
Picosecond Thermometer in the Amide I Band of Myoglobin
Mass-Spectrometry-Based Identiˆcation of Synthetic Drug Isomers Using
Infrared Ion Spectroscopy

Journal

FEL Facility

Appl Phys B. 1999, 68, 111119

FELIX

Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 128101

FELIX

Anal. Chem. 2020, 92, 72827288

FELIX

6

Tissue ablation by a free-electron laser tuned to the amide II band

Nature 1994, 371, 416419

7

The eŠect of free-electron laser pulse structure on mid-infrared softtissue
ablation: biological eŠects

Phys. Med. Biol. 2005, 50, 1885

8

In-vivo optical imaging of hsp70 expression to assess collateral tissue damage
J Biomed Opt. 2008, 13, 054066
associated with infrared laser ablation of skin

Vanderbilt Univ.

9

Selective Photothermolysis to Target Sebaceous Glands: Theoretical Estima- Lasers Surg Med. 2012, 44, 175
183
tion of Parameters and Preliminary Results Using a Free Electron Laser

J-Lab

10

11

12

1899

Selective Removal of Cholesterol Esters in an Arteriosclerotic Region of Lasers Surg Med. 1998, 23, 233
237

Blood Vessels With a Free-Electron Laser

Vanderbilt Univ.
Vanderbilt Univ.

iFEL

Structure and Conformation of Protonated D-(＋)-Biotin in the Unsolvated J Phys Chem B. 2015, 119, 6198
6203

CLIO

Phys. Chem. Chem. Phys. 2017,19, 10767

CLIO

State

Conformation of protonated glutamic acid at room and cryogenic temperatures

136 ● 放射光 May 2021 Vol.34 No.3
(C) 2021 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research特集 ■ 赤外自由電子レーザーの生命環境科学への応用研究

トルを測定することで解析されている。さて，ここで IR

50100 nm の球状系で見た目は全く区別がつかない（ Fig.

FEL の特性を 3 つ挙げるとすれば， 1 ）波長可変， 2）高1A ）。 暗 褐 色 の 成 分 は ， AHPO, EPR ， 固 体 13C NMR,

輝度高エネルギー， 3）フェムト秒～ピコ秒パルスであFT IR 解析から eumelanin であることが判明し，その他る。特に，中赤外領域には，様々な化学結合の振動モードの成分として，ヒドロキシアパタイト，炭酸カルシウム，が含まれているため，振動励起エネルギーを波長特異的にタンパク質が含まれていることが元素分析等により明らか

生体物質に供与でき，これにより，化学結合の解離や転位にされた。これらの内，タンパク質は微量であり主成分はといった特異的反応が誘起される。 Table 1 で示した先行

メラニンとヒドロキシアパタイトである。しかしながら，研究例はまさにこれらの特長を生かした研究と言えるが，メラニンとヒドロキシアパタイトがどのように混合し合っ利用分野については医学の外科分野と化学の気相分子科学て一つの化石構造を形成しているのか不明である。

に限られている。生体分子構造の多様性を考えれば，IR

GSM122841 は YPM221210 と内部構造が異なるのか，同FEL を適用できる生体物質は液相及び固相にも数多く存

じなのかこれらの構造に関する知見を得るために，ヒド在するはずであり，また，固体材料に対する照射実験を実

ロキシアパタイトとメラニンに特異的な波長で IR FEL

施した例は極めて少なく未開拓と言える。そこで筆者は，を 2 種類の化石に照射し，それらの構造変化を比較する

IRFEL の応用領域を拡充することを目的としてこれまでこととした1)。

と は 全 く 異 な る 研 究 分 野 に IR FEL を 適 用 し た 。 一 つイカ墨化石の FTIR スペクトルでは 3 つのバンドが観は，固体生体物質の内部構造を探るための分析法としての測される（Fig. 1B）10301040 cm－1 はヒドロキシアパタ

利用であり1)，もう一つは，環境バイオマスを分解するた

イトの P ＝ O 伸縮振動であり， 1425 1460 cm－1 の 2 本のめのグリーンテクノロジーへの応用である2)。

ピークは炭酸カルシウム， 16001700 cm－1 はメラニンに

以下，各事例について紹介し，生命環境科学分野における IRFEL の新たな活用法について提案したい。

含まれるインドールとピロールの C＝O 伸縮振動に相当する。ヒドロキシアパタイト単独の粉末に対して P＝O 伸縮に相当する波長 9.6 mm の FEL を照射すると， 1042 cm－1の強いピークは大きく減少した（ Fig. 1C ）。このことは，

2. 生体物質の内部構造分析への応用

照射によってリン酸基が分解したこと意味する。次に，イ

メラニン色素は，バクテリアから動物，植物に至るまで

カ墨化石に照射した後，試料を基板に塗布して赤外顕微鏡

生物界に幅広く存在する。その生合成経路では，チロシを用いて試料表面の赤外吸収スペクトルを測定した（ Fig.

ナーゼによりチロシンが酸化されることにより 5,6 di-2, 3 ）。その結果， GSM122841 の 1042 cm－1 のピーク分布

hydroxyindole （ DHI ） 及 び 5,6 dihydroxyindole 2 car-

強度は照射によって大幅に減少し（ Fig. 2A ），その他のboxylic acid （ DHICA ）から構成される暗褐色の eumela-

1425, 1460, 1626 cm－1 のピーク群もかなりの強度減少がnin が 生 成 し ， シ ス テ イ ン が 関 与 す れ ば 赤 褐 色 の
pheomelanin が生成する。メラニンの構造解析法として，
nuclear magnetic resonance (NMR), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, electron paramagnetic
resonance (EPR), mass spectroscopy (MS）がよく用いられ る 。 ま た ， Alkalinehydrogenperoxideoxidation( AHPO ）法は， eumelanin と pheomelanin を区別するための化学的方法として有用である13)。すなわち，pyrrole2,3dicarboxylic acid (PDCA), pyrrole2,3,5tricarboxylic
acid (PTCA), pyrrole2,3,4,5tetracarboxylic acid (PTeCA）が eumelanin の DHI, DHICA, cross-linked DHI からそれぞれ生成される。メラニン色素はイカやオオサンショ
ウウオなどの水棲生物の皮膚や体液の成分として含まれており，恐竜時代の化石として発見されている。ここで 2
種類のイカ墨化石が見出されたGSM122841 はウィルト
シャー州（イギリス）の Peterborough Member of the
OxfordClayFormation から採取され， YPM221210 は

バーデン＝ヴュルテンベルク州（ドイツ）の Koblenzer
Bed of the Posidonia Shale Formation から採取された14)。

どちらの化石も 1 億 5 千万～2 億年前の地層由来であり，
電子顕微鏡でそれらの形状を観察すると，どちらも直径

Fig. 1 (Color online) (Reproduced from ref. 1)(A) Scanning-electron-microscopy images of fossilized coleoidinks. GSM122841 (left) and YPM221210 (right). White bars:
100 nm.
(B) FTIR spectra of GSM122841 (blue curve) and YPM221210(green curve). Irradiation wavelengths of the MIRFEL areindicated by arrows.
(C) FTIR spectra of hydroxyapatite before (dotted line) and after
the MIR－FEL irradiation at 9.6 mm (solid line).

放射光 May 2021 Vol.34 No.3 ● 137

Fig. 2 (Color online) (Reproduced from ref. 1)
Peak distributions at 1042 cm－1 (A), 1425 cm－1 (B), 1460 cm－1 (C), and 1626 cm－1 (D) with (＋) and without (－)
the MIRFEL irradiation tuned to 9.6 mm on the surfaces of GSM122841 (upper) and YPM221210 (lower). Absorption
intensities are categorized by four colours: blue (very weak), green (weak), yellow (strong), and red (very strong).

Fig. 3 (Color online) (Reproduced from ref. 1)
Peak distributions at 1042 cm－1 (A), 1425 cm－1 (B), 1460 cm－1 (C), and 1626 cm－1 (D) with (＋) and without (－)
the MIRFEL irradiation tuned to 5.8 mm on the surfaces of GSM122841 (upper) and YPM221210 (lower). The colour
category was the same as Fig. 2.

138 ● 放射光 May 2021 Vol.34 No.3

特集 ■ 赤外自由電子レーザーの生命環境科学への応用研究みられた（Fig. 2B～D）。このことは，ヒドロキシアパタイ

GSM122841 のスペクトル変化が小さいのは YPM221210

トを標的とした FEL 照射によって GSM122841 の構造がに比べてメラニンの占める割合が低いためであると予想さ大きく瓦解したことを示している。これに対し，れる。

YPM221210 の 1042 cm－1 のピーク分布強度は，ほとんど以上の結果を総合すると， GSM122841 の構造内部はヒ変化せず，その他のバンドのピーク強度も，若干の変化に

ドロキシアパタイトが主に占めており，リン酸基の振動励留まった。このことは， YPM221210 は GSM122841 に比起によって構造全体が容易に分解する。一方 YPM221210

較して IR FEL によるダメージはそれほど大きくないこの構造はメラニンによって強固に形成されており，インとを示唆している。

ドール環のカルボニル基を励起しない限り分解しにくい。

次に，波長 5.8 mm に相当するメラニンのカルボニル基を 標 的 に し て IR FEL 照 射 を 行 っ た （ Fig. 3 ）。

先 行研 究に おけ る分 析結 果に おい て， AHPO 処理 後のYPM221210の PDCA, PTCA, PTeCA の

収

量

は

GSM122841 と YPM221210 の両方において 1626 cm－1 のGSM122841 のそれらに比較して極端に低いのに対し，炭ピーク強度は，明らかに減少した（ Fig. 3D ）。ところが，素，窒素，カルシウムやリンの元素量は YPM221210の方

1042 cm－1 のピーク強度分布はほとんど変化しなかったが 逆 に 高 い こ と が 示 さ れ て い る14) 。 こ の こ と は ，（ Fig. 3A）。このことは，波長 5.8 mm の FEL 照射では，メYPM221210 は GSM122841 よりも構造的に強固であるこ

ラニンが部分的に分解するがヒドロキシアパタイトはほととを示唆しており，IRFEL の照射結果はこの推定を裏付

んど影響を受けないことを示している。また，

ける確かな証拠を与えたと言える。イカは外敵から身を守

GSM122841 の 1425 cm－1 及び 1460 cm－1 のピーク分布はるため口から墨を吐くが，その溶液には大量のメラニンがほとんど変化していない。従って GSM122841はメラニン含まれている。もともと水溶液中に溶解しているソフト成を選択的に励起しても大きな構造変化は受けにくいと考え分が化石となって古来の地層の中で保存されることは極められる。これに対し，YPM221210の場合，これらのピーて稀であるが，イカ墨が化石化される原因の一つとして，ク分布強度は明らかに変化した。従って， YPM221210はメラニンの強固なポリマー架橋構造が化石内部に構築されメラニンが主に構造を支えていると予想される。

るメカニズムが考えられる。岩石の熱分解の実験から，イ以上の結果に対する証拠を得るために，遠赤外スペクト

カ墨化石の特徴は含まれるメラニンの構造に依存するとさルを測定した（Fig. 4）。両方の化石の照射前のスペクトル

れ，それは堆積条件によって左右される。従って，では， 100 400 cm－1 のブロードバンドと 550 610 cm－1

GSM122841 と YPM221210 の構造上の違いは地層の構造の2本のピークが観測される。興味深いことに，や堆積過程のプロセスを反映しているものと推測される。

YPM221210 の場合，波長 5.8 mm での FEL 照射によってメラニンはイカ以外にもカエルやサンショウウオなどの目

475 cm－1 に 強 い ピ ー ク が 出 現 し た （ 点 線 ）。 一 方 ，や臓器の化石に多く含まれているが，それらの生体組織がGSM122841の場合にはほとんどスペクトル変化がなかっ化石として保存されるプロセスにはメラニンの構造が大きた。一般に，遠赤外領域スペクトルは分子の集合体の振動な役割をもつと考えられる。ここで示した IR FEL を照モードを反映し，凝集と分散している状態ではスペクトル

射する分析方法がイカ墨以外の生体組織の化石にも適用さ強度が大きく異なる15)。メラニンは，インドール環が pp

れ，化石の組織構造に関する新たな知見が得られることをスタ ッキン グで 会合し た疎 水性の シート 構造 を形 成す

期待したい。

る16)。従って， 400600 cm－1 の領域の顕著なスペクトル
形状変化は，化石内部のメラニンの凝集構造が FEL 照射によって構造変化を受けたことを示していると考えられる。

3. グリーンテクノロジーへの応用
近年，脱石油社会の実現に向けてバイオエタノールの生産が緊急課題となっている。セルロース及びリグニンは地球上における最大の木質系バイオマスであり，これらの炭水化物類を分解加工する技術は，バイオエタノールを生産する方法の一つとして有用である。なぜなら，セルロー
ルを分解して得られるグルコースやキシロース，糖アル
コール類は酵母菌やバクテリアのエタノール発酵の炭素源として利用できるからである17) 。また，セルロースファ
イバーは軽量かつ高強度という特性を有する先端材料として注目され，化粧品，抗菌消臭シートなどのヘルスケア

Fig. 4 (Color online) (Reproduced from ref. 1)
Far-infrared spectra of GSM122841 (left panel) and YPM221210(right panel). Black line: non-irradiated sample; red line: sample after irradiation at 5.8 mm.

医薬品分野や電子デバイス，自動車部品などの工学分野においても幅広い利用が期待されている18) 。従って，セルロースを分解加工する技術は，糖類を有効活用するエ

放射光 May 2021 Vol.34 No.3 ● 139ネルギー分野及びマテリアル分野において極めて重要であ689.2 にそれぞれ脱水（－ 18 Da ）を伴いピークが検出さる。しかし，セルロースの構造はグルコースが b14 グリれた。これらのピーク群は非照射のサンプルでは検出されコシド結合でつながった強固なポリマー構造であり，水にていない（ A ）。興味深いことに， m / z ＝ 689.2, 527.2 Da不溶である。セルロースを分解する方法としては，マイクはそれぞれ四糖，三糖のナトリウムイオン付加体に相当す

ロ波，イオン液体，超音波，微生物酵素，金属触媒等が知る。従って，グルコースやセロビオース以外にオリゴマーられているが，各方法には汎用性と効率性において一長一もレーザー照射によって生成したことになる。

短がある。ゼロエミッションの実現に向けて，環境にやさ

さらに，放射光赤外顕微分光法（SRIRM）による赤外

しいプロセスの開発が強く望まれる。そこで，セルロース

吸収スペクトルの測定を行ったところ（ Fig. 8 ），波長 9.1

に対する効率的な分解方法を開発することを目的して IR

mm の単独照射，波長7.2 mm→波長9.1 mm の 2 段階照射，

FEL による照射実験を試みた2)。

波長 3.5 mm →波長 9.1 mm の 2 段階照射のいずれの場合にセルロースの FT IR スペクトルにおいて， 4 つの強い

お い ても グ リコ シ ド 結合 の C O 伸 縮 振動 （ 1050 1100

バンドが観測される（ Fig. 5 ） 9.1 mm （ C O 伸縮）， 7.2

cm－1 付近）に対応する吸収ピークが明らかに減少し，グmm （ H C O 変角）， 3.5 mm （ C H 変角）， 3.0 mm （ O H

リコシド結合の切断が起きたことが示された。さらに糖の伸縮）である。IRFEL の波長をこれらの波長に調整し，OH 基の OH 伸縮振動（31003700 cm－1）に対応する吸セルロース粉末に対して大気圧下室温で照射した後，エレクトロスプレーイオン化質量分析を実施した。液体クロマ
トグラフィー質量分析法（ LCMS ）スペクトルにおいて（ Fig. 6），照射なしの場合と波長 3.0 mm の照射の場合ではグルコースとセロビオース（二糖）は検出されなかったのに対し，波長 9.1 mm での照射の場合，グルコースのピー
クが確認された。一方，波長 7.2 mm →波長 9.1 mm の 2 段
階照射，波長 3.5 mm →波長 9.1 mm の 2 段階照射の場合において，グルコース及びセロビオースが顕著に検出された。
Fig. 7 にマスプロファイルを示す。波長 7.2 mm →波長 9.1mm の 2 段階照射（ B ），波長 3.5 mm →波長 9.1 mm の 2 段
階照射（C）の場合において，m/z＝425.1, 527.2, 587.2,

Fig. 7 (Reproduced from ref. 2)
MS proˆles of non-irradiation (A), after serial irradiation at 9.1 mm
following 7.2 mm (b), and after serial irradiation at 9.1 mm following 3.5 mm (c).

Fig. 5 (Color online) (Reproduced from ref. 2)
FTIR spectrum of cellulose powder. Arrows indicate the target
wavelengths for IRFEL.

Fig. 6 (Color online) (Reproduced from ref. 2)
Mass chromatograms of cellobiose (left) and glucose (right) before
irradiation (black) and after irradiation at 9.1 mm (red), 9.1 mm following 7.2 mm (green), 9.1 mm following 3.5 mm (violet), and 3.0
mm (blue). Each mass peak was detected as sodium ion adduct, 365
Da for cellobiose and 203 Da for glucose.

140 ● 放射光 May 2021 Vol.34 No.3

Fig. 8 (Reproduced from ref. 2)
SRIRM spectra of cellulose ˆbril before irradiation and after irradiation at 9.1 mm, 9.1 mm following 7.2 mm, 9.1 mm following 3.5mm, and 3.0 mm. Left: near-infrared region, right: mid-infrared
region. Double-headed arrow: the half width of the infrared absorption peak.

特集 ■ 赤外自由電子レーザーの生命環境科学への応用研究

収ピーク 3400 cm－1 の半値幅が照射なしの場合と波長 3.0

cm－1 でレーザー照射を行うとセルロースの凝集構造が10mm の照射の場合に比べて明らかに狭くなる現象が確認さ

ns で解離する様子が示されている19) 。 IR FEL による化れた。また，走査型電子顕微鏡（ SEM ）で観察したとこ

学反応は，振動モード特異的な赤外多光子吸収反応に基づろ，もともと細長いフィブリル状のセルロースが，波長き，有機溶媒や高熱，高圧力といった過酷な条件を全く必

3.5 mm →波長 9.1 mm の 2 段階照射後，短い断片に変化し要としない。従って IR FEL はバイオマスを分解するたた様子が観察された（Fig. 9）。

めの新規グリーンテクノロジーとして期待される。さらに以上の解析結果から，CO 結合と糖骨格に含まれる C

特筆すべき点は，IRFEL のパルス構造に由来する短い反H 結合に対する振動励起エネルギーの供与によってグリ応時間である。IRFEL の時間構造では，幅 12 ピコ秒のコシド結合が解離し，その結果グルコースやセロビオース

ミクロパルスが350ピコ秒間隔で数千個の束となって一つが生成したものと考えられる（ Fig. 10 ）。炭素―酸素結合のマクロパルスが形成されるが，グリコシド結合の解離との振動励起の前に炭素―水素の伸縮モードまたは水素―炭糖鎖のスタッキング構造の解離が 2 段階のマクロパルス

素―酸素の変角モードを励起するとグルコースの生成効率

照射によって一つの系の中で実現可能である。即ち波長が良い。メカニズムとして次のように予想される。セル

3.5 mm 又は 7.2 mm での 10分間の照射により糖鎖間の水素

ロースの凝集構造の形成には糖骨格に含まれる水素と酸素結合を切断した後，波長 9.1 mm で同様に 10 分間照射するの分子間水素結合が重要な役割を演じている。波長 3.5

ことによってグリコシド結合を解離する。この特長は，微mm は C H 伸縮振動モードに相当し，波長 7.2 mm は H 

生物酵素を用いる既存のセルロース分解方法に比較して迅C O 変角振動モードに相当するので，いずれも水素結合速性と簡便性の点において有利といえよう。しかしながら，形成に寄与する水素―炭素結合に振動励起エネルギーを与IRFEL 照射によって得られるグルコースの収量は現時点えることにより，糖鎖間の水素結合が切断される機序が予において数ミリグラム程度しかない。グラムスケール以上想できる。このことは非平衡理論計算によっても示されてのセルロースを処理する方法の開発は今後の課題である。

いる。水素―炭素―酸素の変角振動モードの周波数 1360

4. 将来的展望
以上，IRFEL の生命科学分野への応用例としてイカ墨化石の構造分析，環境科学への応用例としてセルロースのレーザー分解について紹介した。いずれも赤外波長選択的な照射がキーポイントであり，前者においては固相系の生体材料を侵襲的に分析する方法として，後者においては難分解性ポリマーの化学構造を物理工学的に分解する方法として，IRFEL の新たな利用法を示すことができた。物質の 構 造 分 析 法 と し て IR FEL を 用 い る 方 法 は ， 既 存 のNMR や元素分析と相補的に用いることにより化学構造の内部を詳細に知ることに役立つであろう。例えば，ターゲ
ット物質の構造がほとんど未知である場合に，ある官能基
特異的波長で IR FEL を照射して構造変化を解析するこFig. 9 (Reproduced from ref. 2)
SEM images of cellulose ˆbril before irradiation (A) and after serial
irradiation at 9.1 following 3.5 mm (B). Right panels are the expansion of the left ones.

とによりその官能基が含まれているかどうか推定できる。
照射波長をスキャンすることでどのような化学結合が含まれているかについておおよその見当をつけることも可能である。しかし，この方法の欠点は一旦レーザー照射したサ
ンプルは回収できない点である。従って，ある程度十分な量を確保できるサンプルに対してのみ適用される。
バイオマスなどの難分解性環境物質に対し IR FEL を用いて分解加工するシステムは，新規なグリーンテクノ
ロジーとしてサステイナブル社会の発展に貢献することが期待できる。ピコ秒からナノ秒という極めて短時間で反応が進行する点においても，既存の方法よりも効率的であFig. 10 (Color online) (Reproduced from ref. 2)
Production of glucose and cellobiose from cellulose ˆbril by using
infrared free electron laser.

る。しかし現時点で処理できる試料の量はマイクログラム
からミリグラムに過ぎず，グラムスケールで処理するためには IR FEL の大きな駆動エネルギーの供給が必要にな

放射光 May 2021 Vol.34 No.3 ● 141

る。従って試料を処理する方法のハイスループット化，サンプルチェンジャーの導入，試料連続供給システム等が今後の開発課題となるであろう。
またここでは述べなかったが，筆者らはアミロイド線維など難分解性生体物質に対して波長 6 mm の IRFEL を用いて凝集解離できることを見出した2023） 。従来の薬剤療

10)
11)
12)
13)

法と併用することによりアミロイドーシス疾患など難病に対する画期的なレーザー治療法が医工融合研究によって新14)

たに生まれる可能性が期待される。このような新規医療モ
ダリティーとしての IR FEL の利用法についてはまた別の機会に述べたいと思う。

15)

謝辞

16)

本研究は文部科学省「光ビームプラットフォーム」の支援を受けて行われ，立命館大学 SR センター（成果公開型

17)

利用課題 S19001 ），京都大学エネルギー理工学研究所（ゼロエミッションエネルギー研究拠点共同利用共同研

18)究課題 ZE31A 12 ），日本大学量子科学研究所電子線利19)

用研究施設との共同研究により実施されました。

参考文献
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著者紹介
川l平康
高エネルギー加速器研究機構加速器研究施
設 特別技術専門職
Email: takayasu.kawasaki＠kek.jp
専門生体物質科学，光ビーム応用［略歴］
1997 年，慶應義塾大学大学院理工学研
究科化学専攻修了博士号（理学）取得。
1997 年～ 1999 年，理化学研究所。 1999 年～ 2007 年，愛媛大学。 2007 年～ 2009 年，
株 ハイペップ研究所。 2009 年～ 2011 年，

東京大学生産技術研究所。 2011 年～ 2021
年，東京理科大学赤外自由電子レーザー研究センター。2021年 4 月より現職。

特集 ■ 赤外自由電子レーザーの生命環境科学への応用研究

Application study of infrared free electron lasers
for biological and environmental sciences
Takayasu KAWASAKI

Abstract

Infrared Free Electron Laser Research Center, Tokyo University of Science,
2641 Yamazaki, Noda, Chiba 2788510, Japan.
Accelerator Laboratory, High Energy Accelerator Research Organization, 11Oho, Tsukuba, Ibaraki 3050801, Japan.

The applicability of the infrared free electron laser (IRFEL) for the bio-related research ˆelds isless recognized except for the limited studies for ablation of pathological tissues in surgical medicine and for conformational analysis of gas phase biomolecules in physical chemistry. In this review, the IRFELs can be for the ˆrst time proposed as an analytical tool for exploring internal structure of solid phase biological materials and as a novel green technology for degradation of biomass.

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