ポストLEDフォトニクス研究所 光基礎研究部門 准教授
片山 哲郎（かたやま てつろう）
（「とく迟补濒办」2026年春号掲载/取材2026年1月）
反応の途中で何が起きているか极めて短い时间轴で追跡する
「物理化学」の中でも、光を使って分子の性质を评価する「分光学」が専门の片山先生。特に、フェムト秒（＊1）、ピコ秒（＊2）という超高速でおこる反応を追跡するため、「时间分解分光」という手法を用いています。
化学の世界では、反応の前と后を知ることはできても、その过程で何が起きているかを可视化するのは非常に困难です。片山先生はこれを光合成に例えて説明します。
「叶が光を吸収して酸素を作ることは谁もが知っていると思いますが、光を吸収して电気エネルギーに変わるまでの间に生じる最初の光エネルギー移动反応はだいたい100フェムト秒という、とてつもなく短い时间で行われます。その后、酸素の生成や二酸化炭からデンプンの合成へとつながるのですが、これらの反応には、ミリ秒（＊3）?秒単位の时间がかかります。时间分解分光は短い时间の中で、『何が、どのような顺番で起こり、时间とともにどのように変化していくのか』を追いかける研究手法です」。
この手法は太阳电池の设计指针にも役立てられています。
光が当たって生まれた电気が、どれだけ効率よく运び出されているのか、またどの段阶でエネルギーが失われているのかを时间分解分光により、详细に调べることができます。
（*1） フェムト秒…10–15=1000兆分の1秒 （ *2） ピコ秒…10–12=1兆分の1秒 （ *3） ミリ秒…10–3=1000分の1秒
「见えないものを见る」ため装置も自作する
実験は装置を自作するところから始まります。
「学问的に新しい成果を生み出すためには、大きく分けて二つのアプローチがあります。一つは新しい概念を提示すること、もう一つは新たな方法论を构筑することです。とりわけ方法论の构筑に取り组む场合、既存の装置では限界があることが多く、自ら装置を设计?製作することが不可欠です」。
こうして行われた最新研究のひとつに、生体试料を対象とした「単一细胞中の础罢笔追跡 骋贵笔タンパク质のダイナミクス」があります。
これはJST 創発的研究支援事業で、金沢大学の新井教授と片山先生の共同研究として行われ、国際学術誌『Nature Communications』に掲載されました。
この研究は光が当たった际に础罢笔が结合している场合と结合していない场合とで、分子がどのような过程で光のエネルギーを失っていくのかを详细に比较した研究です。
測定では横軸に波長（ エネルギー）、縦軸に蛍光や励起状態の吸収の強度をとったそれぞれのスペクトルを解析し、励起状態から元の状態へ戻るまでの時間変化を追跡しました。その結果、ATPが結合しているとたんぱく質の分子全体が硬くなり、効率よく発光する状態になる一方、ATPが外れると構造が柔らかくなり、発光しにくくなることが明らかになりました。
こうした违いは、光エネルギーを受け取った分子が、どのくらいの时间で元の状态に戻るのかを、スローモーションのように追跡することで初めて捉えることができました。
础罢笔はアルツハイマー病などの疾患とも関係が深く、细胞が生きているか、あるいは机能を失っているかを判断する上で重要な分子です。本研究により、细胞内のどのような场所で础罢笔が生成されているのかを可视化する発光たんぱく质の设计指针の手がかりが得られました。
オプティカルテーブル（顕微镜観察など、精密な光轴调整が必要な分野で、
振动の影响を最小限に抑える作业台）の上にはたくさんのレンズやミラーが。
光物理过程?光化学反応过程はとても短い时间で进行しています。
これらの过程を见ることのできる时间分解电子スペクトル(过渡吸収スペクトル)测定法を顕微镜と组み合わせた
新しい装置を开発、改良し、谁も见たことのない光物理?光化学反応过程を明らかにする研究をしています。
きれいに素早く计测することで培われる研究者としての姿势
片山先生が分光学に兴味を持つようになった原点は、学生时代の実験にありました。
论理的に考えながら一つ一つの工程を丁寧に积み重ねることで、学年で最も美しい计测データを得ることができたという成功体験が、今に繋がっているといいます。
「多少手を抜いても测定自体はできますが、最も美しく、精度の高いデータを取るには高い技量が必要です。分光学の研究を行うようになって、国际会议で『非常にきれいなデータだ』と评価された経験は、大きな自信になった」と话します。
こうした研究に向き合う姿势は、研究室の学生たちにも自然と共有されています。
研究室では、わずかな妥协が结果に大きく影响する高度な実験を扱うことも少なくありません。一方で、実験にはスピードも求められます。そのため一つの解决策に执着せず、まずは3つ、4つくらいの案に绞り込んで考えるようアドバイスします。
「分光学の実験では、オプティカルテーブル上の配置次第で、无数の光路设计が可能になります。时间をかければ最适解にたどり着けるかもしれませんが、复数の可能性を素早く比较してある程度まで绞り込み、そこからじっくり考える。日々の研究を通してそうした力が锻えられると思います」。
「自分の手で最高精度のデータをとる経験を通して得た自信は、
将来どのような分野に进んだとしても、大きな支えになるはず」という片山先生（写真左）。
研究室の皆さん。卒业后の进路は、光学メーカーやディスプレイ素材、半导体関连など多岐にわたります。
研究室で扱うテーマは、教科书には载っていない领域のものが多いそう。そのため研究内容そのものよりも、研究室の雰囲気や研究姿势に共感し、この研究室へ入ってくる学生がほとんどだといいます。
研究室选びに迷ったら、その场で育まれる研究姿势を手がかりにするという考え方も、アリかもしれません。
