Amorphous materials, such as polymer solids and glasses, have intrinsic nanoscale inhomogeneity and their physical properties are not spatially uniform in molecular scales. Because fluorescence spectrum and excited-state lifetime of organic molecules are generally dependent on their microscopic environments, measurements of fluorescence properties of individual guest single molecules provide the information on the microscopic properties in these heterogeneous materials around the fluorescent molecule. In addition, diffusive motions of guest molecules, such as translation and rotation, strongly depend on their microscopic environments. Hence, by directly detecting these motions of individual molecules, we could obtain the information on space-resolved properties of materials that are usually quite difficult to acquire by the conventional ensemble measurements.
In the presentation, I will introduce the history of the single molecule detection by the fluorescence measurements, its application to the elucidation of inhomogeneous materials, and recent results of my study using single molecule fluorescence detection.
一般に高分子やガラスなどの固体材料はナノメートルスケールの空間的不均一性を有し、微視的には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の蛍光スペクトルや蛍光寿命はゲスト分子周囲の環境に依存してそれぞれ異なるため、分子を一つ一つ分光計測することで間接的にホスト材料のミクロな物性の情報を得ることができる。また発光特性のみならず、ゲスト分子はそのミクロ環境に強く依存した拡散挙動を示すため、ゲスト分子の「動き」を一つ一つ詳細に追跡することで、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できる。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。