| Project/Area Number |
24K08471
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
立石 健一郎 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (80709220)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 動的核偏極 / 光励起三重項 / 核磁気共鳴 / 磁気共鳴イメージング / フタロシアニン |
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| Outline of Research at the Start |
核スピンの超偏極化はMRIの感度を劇的に向上させる技術であり、次世代診断技術への応用が期待されている。現行スキームでは生体外部で超偏極状態をつくるため、分子プローブのスピン－格子緩和時間が撮像時間を制限している。本研究では、生体内部での超偏極状態生成を実現するため、溶液試料に対して光励起三重項電子スピンを用いた動的核偏極法(Triplet-DNP)を適用する。そして、in situ 超偏極MRIシステムの実験機を構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
MRI造影剤の原子核スピンの量子状態を制御し、スピン偏極率を大幅に向上させることにより、分子特異的な信号増大を実現する。生体外部で量子状態操作をおこなう手法は既に確立され、欧米を中心にがん診断の臨床試験が進められている。しかしながら、生体内では急速にその状態は壊れてしまうため、撮像時間が応用上の極めて重い制限となっている。そこで、光励起によって生ずるトリプレット電子を用いた動的核偏極（トリプレットDNP）を用い、レーザー照射によるトリプレット電子のオン・オフによって、生体内での量子状態操作を実現する。そのための手法、材料、装置開発と応用を研究目的とする。
この目的を達成するために、(1) 溶液試料中での超偏極電子スピン生成と、(2) 電磁石中での高分解能NMR信号取得のための装置開発、に取り組んだ。(1) では、ポルフィリン誘導体およびフタロシアニン誘導体の溶液試料中でのESR測定を行い、電子の偏極率や寿命を調べた。溶媒の融点付近で温度を変化させると溶媒の粘度が変わり、NMR信号は常に溶液状態なのに対し、トリプレット電子のESRスペクトルは溶液状態のようなスペクトルから固体状態へと連続的に変化していく。核スピンからは溶液状態、電子スピンは固体状態となる粘度が偏極移行に適した状態であると考えている。(2)では、トリプレットDNPシステム上に最終的にMRIを実装する必要がある。今年度は電磁石用のシムコイルを作製し、磁場均一度の向上を図った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1) 自作のESR装置において、温度を精密に制御しながら試料の評価ができる体制を整えた。(2) 製作したシムコイルによって磁場均一度<1ppmを達成し、ケミカルシフトを識別するのに十分な均一度を確保した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 生成された溶液中のトリプレット電子にマイクロ波を照射し、核スピン系の超偏極化を実現する。最適な照射条件を明らかにし、信号増幅率1000倍を達成する。
(2) グラジエントコイルを作製し、MRI撮像を行う。
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