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ペロブスカイトナノ結晶を用いた超解像イメージング用光スイッチの開発

Research Project

Project/Area Number 21J10078
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 28030:Nanomaterials-related
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

明石 優志  熊本大学, 自然科学教育部, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords金属ハライドペロブスカイト / ナノ結晶 / ジアリールエテン / フォトクロミズム / 蛍光スイッチング / ペロブスカイト / クリック反応
Outline of Research at the Start

波長の異なる二種類の光照射で蛍光強度のON/OFF切り替えが可能な光スイッチング蛍光プローブは、主に超解像イメージング技術で使用されている。近年、ペロブスカイトナノ結晶とジアリールエテンの複合体が優れた光スイッチング特性を示すことが報告された。本研究では、ペロブスカイトナノ結晶の新しい表面改質法を確立し、結晶表面がジアリールエテン/ポリマー被膜で覆われた微小で堅牢な超解像イメージング用蛍光プローブの開発を目指す。本材料開発が超解像画像の数百枚・数千枚におよぶ連続撮影可能にし、超解像イメージング技術の発展に貢献できると期待される。

Outline of Annual Research Achievements

波長の異なる二種類の光照射で蛍光強度の切り替えが可能な光スイッチング蛍光プローブは、主に超解像イメージング技術で使用されている。この蛍光プローブはこれまで緑色蛍光タンパク質などの有機色素が主流であったが、近年、光褪色しにくいコロイド状ナノ結晶を用いた無機蛍光プローブが注目を集めている。中でもペロブスカイトナノ結晶(PeNC)は高い発光量子効率でシャープな発光を示し、ジアリールエテンとの複合体が優れた光スイッチング特性を示すことが報告されているが、水がある環境で不安定であるといった課題があった。生体内で不安定なPeNCを安定化するためにポリマーや酸化物を用いた表面被覆法が数多く研究されているが、光スイッチングPeNC蛍光プローブの実現にはさらなる安定性の向上(溶出Pbの低減)と高い蛍光コントラストの両立が求められる。
そこで本研究者は、「クリック反応を用いた表面ポリマー被覆によるPeNCの安定化」と「高い蛍光コントラストの実現に向けたスイッチングメカニズムの解明」を目標に研究に取り組んだ。「クリック反応を用いた表面ポリマー被覆によるPeNCの安定化」は以下の手順で行った。まずPeNC表面に末端アルキン配位子を導入し、そこに末端アジド基を有するモノマー分子と銅触媒を加えてPeNC表面上でクリック反応させることでアルキン配位子とアジドモノマーを環化付加させた。その後、得られたPeNCをさらに加熱重合させると表面が完全にポリマーで被覆され、極性溶媒に対する安定性が大幅に向上した。また「高い蛍光コントラストの実現に向けたスイッチングメカニズムの解明」では、PeNCとジアリールエテンの複合体についてフェムト秒ポンプ・プローブ分光測定を行うことでスイッチングメカニズムを調査した。その結果、高い蛍光コントラストが出る系ではPeNCからジアリールエテンへのエネルギー移動と電子移動が競合していることが明らかになった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Light‐Stimulated Luminescence Control of Lead Halide‐Based Perovskite Nanocrystals Coupled with Photochromic Molecules via Electron and Energy Transfer2022

    • Author(s)
      Akaishi Yuji、Mokhtar Ashkan、Shimoyoshi Manami、Nohara Taiki、Inomata Yusuke、Kosumi Daisuke、Fukaminato Tuyoshi、Kida Tetsuya
    • Journal Title

      Small

      Volume: 18 Issue: 52 Pages: 2205046-2205046

    • DOI

      10.1002/smll.202205046

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 配位子交換反応とクリック反応を用いた金属ハライドペロブスカイトナノ結晶の表面改質2022

    • Author(s)
      明石 優志、下吉 真実、モクタール アシカン、猪股 雄介、深港 豪、木田 徹也
    • Organizer
      第35回秋季シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] CsPbBr3ナノ結晶-ジアリールエテン分子間の電子・エネルギー移動ダイナミクスおよび正孔捕集剤の添加効果2022

    • Author(s)
      明石 優志、Ashkan Mokhtar、野原 大暉、猪股 雄介、小澄 大輔、深港 豪、木田 徹也
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Metal Halide Perovskite Nanocrystals Coupled with Photochromic Molecules for ON/OFF Fluorescent Photoswitches2022

    • Author(s)
      Yuji Akaishi, Ashkan Mokhtar, Taiki Nohara, Yusuke Inomata, Daisuke Kosumi, Tuyoshi Fukaminato, Tetsuya Kida
    • Organizer
      The 5th International Conference On Materials and Metallurgical Engineering and Technology (ICOMMET)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機色素リガンドを利用した鉛ハロゲン系ペロブスカイトナノ結晶の発光挙動制御2022

    • Author(s)
      明石 優志、Ashkan Mokhtar、野原 大暉、下吉 真実、小澄 大輔、深港 豪、木田 徹也
    • Organizer
      第60回セラミックス基礎科学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 鉛ハロゲン系ペロブスカイトナノ結晶-ジアリールエテン分子間の電子・エネルギー移動ダイナミクス2021

    • Author(s)
      明石 優志、Ashkan Mokhtar、野原 大暉、下吉 真実、植田 早紀、小澄 大輔、深港 豪、木田 徹也
    • Organizer
      第58回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Forster共鳴エネルギー移動を利用した鉛ハロゲン系ペロブスカイトナノ結晶のON/OFF蛍光スイッチング2021

    • Author(s)
      明石 優志、Ashkan Mokhtar、野原 大暉、下吉 真実、猪股 雄介、小澄 大輔、深港 豪、木田 徹也
    • Organizer
      2021年電気化学会秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] フェムト秒ポンプ・プローブ分光測定を用いたCsPbBr3ナノ結晶/ジアリールエテンハイブリッドの消光メカニズムの解明2021

    • Author(s)
      明石 優志、Ashkan Mokhtar、野原 大暉、小澄 大輔、深港 豪、木田 徹也
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Hybridization of CsPbBr3 quantum dots with photochromic molecules using 1,3-dipolar cycloadditions of azides and alkynes2021

    • Author(s)
      Manami Shimoyoshi, Saki Ueta, Yuji Akaishi, Ashkan Mokhtar, Tuyoshi Fukaminato, Yusuke Inomata, Tetsuya Kida
    • Organizer
      The 16th International Student Conference on Advanced Science and Technology
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electron- and Energy-Transfer Dynamics between Lead Halide-Based Perovskite Nanocrystals and Diarylethene Molecules2021

    • Author(s)
      Yuji Akaishi, Ashkan Mokhtar, Taiki Nohara, Manami Shimoyoshi, Armando T. Quitain, Daisuke Kosumi, Tuyoshi Fukaminato, Tetsuya Kida
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hybridization of CsPbBr3 nanocrystals with photochromic molecules via click reaction for ON/OFF fluorescence switching2021

    • Author(s)
      Manami Shimoyoshi, Saki Ueta, Yuji Akaishi, Ashkan Mokhtar, Armando T. Quitain, Tuyoshi Fukaminato, Yusuke Inomata, Tetsuya Kida
    • Organizer
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-05-27   Modified: 2024-03-26  

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