超分子化学に基づくTriplet-DNPのバイオ系への展開
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20J12469
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 35030:Organic functional materials-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
川嶋 優介 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 三重項 / 核偏極 / NMR / Triplet-DNP / MRI / SF / 超分子 / 水 |
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| Outline of Research at the Start |
核磁気共鳴（NMR）とは、物質の構造や挙動を原子レベルで分析可能な非常に有力な分析法であるが、その高感度化には極低温条件を必要としていたため、タンパク質や細胞などの生体分析に高感度NMRを用いることには限界があった。一方Triplet-DNPとは、室温下でもNMRの高感度化が可能な手法として近年注目を集めている。本研究では、生体物質と強く相互作用する水分子や種々の薬剤などの物質のNMRシグナルを、この手法を用いて増感することで、新たな生体分析法を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
NMR（核磁気共鳴）シグナルの増感は、MRIによる生体イメージングや多次元NMR分光法を用いたタンパク質の分析などバイオ系の分野への応用が期待されているが、従来の増感方法では液体ヘリウム温度以下の極低温を必要とすることからコストや応用面に大きな問題を抱えていた。光励起三重項状態を用いた動的核偏極（Triplet-DNP）では、温度によらずNMRシグナルの増感が可能であることから近年注目を集めている。一方で、偏極源（NMR増感剤）となる分子骨格の難溶性、シグナル増感に必要なマイクロ波強度等の観点から、水分子のNMRシグナル増感など、生体分析へ応用展開していく上で大きな障害となっていた。
現状のTriplet-DNP分野では三重項状態の生成過程として項間交差（ISC）のみが着目されていた。一方、一重項分裂（SF）は一分子の励起一重項状態から二分子の励起三重項状態を生成する過程であり、このとき得られる励起三重項状態のペアは強く相関した五重項状態を取る事が知られている。しかしながらSFの主な応用先は高い量子収率を利用したエネルギー分野のみであり、スピン特性に着目してバイオ分野に応用した例はこれまで存在しなかった。
採用者は本年度、SFによって得られる五重項状態を水分子のDNPへ応用することを試みた。SF特性を発現させるためには色素の集合構造の制御が必要となる。そこで採用者は超分子集合体を複数種類新たにデザインし、SFによって得られた五重項状態の電子スピン偏極を利用してDNPを行うことで水分子のNMRを大きく増感することに成功した。更に、この新たなDNP手法では、五重項状態の電子スピンが持つ大きなラビ周波数（章動周波数）を核スピンと共鳴させることで、従来Triplet-DNP分野のバイオ応用において問題になっていた偏極の移動に必要なマイクロ波の照射強度を大きく削減することに成功した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
