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Preparation of high-sensitive sensors toward reactive oxygen species utilizing signal amplification based on the structure of a polyrotaxane

Research Project

Project/Area Number 19K15529
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

Chiba Yusuke  筑波大学, 数理物質系, 助教 (10823718)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywordsロタキサン / 蛍光センサ / 光誘起電子移動 / メタセシス反応 / ホスト-ゲスト / メタセシス / ラジカル / 蛍光センサー / 刺激増幅 / ポリマー
Outline of Research at the Start

本研究では超高感度酸素活性種センサの開発を目的として、新規ロタキサン型酸素活性種センサの合成を行う。高感度なセンシングを実現する手法として、ロタキサンの、ストッパーの開裂を経る分解機構に着目した。分解機構のトリガーに酸素活性種を適用することができれば、ロタキサンを酸素活性種一分子から多分子に分解できる。それに加え、ロタキサンの構成要素が蛍光性環状分子とクエンチャーとなる軸分子であれば、酸素活性種一分子が複数の環状分子の蛍光をONとする刺激増幅を利用したセンシングを実現できると期待した。本研究では、刺激増幅機構を利用した新規ロタキサン型酸素活性種センサの開発を行う。

Outline of Final Research Achievements

Fluorescence sensors are useful to analyze distribution of chemical species in living cells. Reactive oxygen species make important rolls in signal transduction. Due to the high reactivity and small abundance in living cells, the development of high-sensitive sensor for reactive oxygen species has been required. We envisaged that polyrotaxanes are effective to prepare high-sensitive fluorescence sensors utilizing signal amplification based on the characteristic structure comprised of rings and an axle. In this work, We successfully synthesized a novel [2]-rotaxane, and investigated its fluorescence sensing ability toward a fluoride anion. It has been confirmed that the fluorescence intensity intensively increased upon addition of a fluoride anion to the [2]-rotaxane. The structure of the [2]-rotaxane is therefore effective to prepare high-sensitive fluorescence sensors.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の蛍光センサはターゲット化学種と蛍光センサとの1:1反応を用いるため感度には限界がある。本研究では、ターゲット化学種1分子から複数の蛍光センサの蛍光がONとなりうるポリロタキサンを提案し、その基本骨格となる[2]-ロタキサンに関して蛍光センシング能を検討したところ、ロタキサン構造の分解による蛍光増強を確認した。この結果はポリロタキサン構造を用いることで、ターゲット化学種1分子の刺激を増幅可能な高感度センサへの展開が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (20 results)

  • [Journal Article] Dynamic ionic radius of alkali metal ions in aqueous solution: a pulsed-field gradient NMR study2021

    • Author(s)
      Hayamizu Kikuko、Chiba Yusuke、Haishi Tomoyuki
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 11 Issue: 33 Pages: 20252-20257

    • DOI

      10.1039/d1ra02301b

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    • Author(s)
      Nabeshima Tatsuya、Chiba Yusuke、Nakamura Takashi、Matsuoka Ryota
    • Journal Title

      Synlett

      Volume: 31 Issue: 17 Pages: 1663-1680

    • DOI

      10.1055/s-0040-1707155

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    • Author(s)
      Sawada Kei, Tanaka Takahisa, Yokoyama Takamune, Yamachi Ryosuke, Oka Yuki, Masai Hiroshi, Chiba Yusuke, Terao Jun, Uchida Ken
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: SG Pages: SGGG09-SGGG09

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab6b80

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    • Author(s)
      Chiba Yusuke、Oka Yuki、Masai Hiroshi、Matsuda Wakana、Fujihara Tetsuaki、Tsuji Yasushi、Terao Jun
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 55 Issue: 47 Pages: 6755-6758

    • DOI

      10.1039/c9cc02866h

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      Sumiyoshi Akinobu, Chiba Yusuke, Matsuoka Ryota, Noda Takumu, Nabeshima Tatsuya
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 48 Issue: 35 Pages: 13169-13175

    • DOI

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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