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Development of highly sensitive fluorescence photoswitching systems by the giant amplification of nonlinear fluorescence quenching efficiency

Publicly Offered Research

Project AreaApplication of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions
Project/Area Number 17H05269
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

深港 豪  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (80380583)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywordsフォトクロミズム / 蛍光スイッチング / ナノ粒子 / 非線形応答 / 蛍光 / 非線形 / マルチカラー
Outline of Annual Research Achievements

次世代の生体イメージングや超解像イメージングへの応用に要求される蛍光スイッチング特性を満足する蛍光スイッチング分子材料の開発を目標に、新しい蛍光性フォトクロミック分子の開発に取り組んでいる。これまでの研究で、わずか数%の光反応で系中の蛍光を完全にON-OFFスイッチングできる超高効率な蛍光スイッチング特性を示す蛍光性フォトクロミックナノ粒子の開発や光により選択的かつ高いコントラストで蛍光色を自在に変化できる多色蛍光スイッチングシステムの開発にも成功している。
本年度の研究では、非線形蛍光スイッチング効率をさらに向上させるために、結晶性を有する蛍光性ジアリールエテンの設計および合成を試み、その分子のナノ粒子および単結晶状態における蛍光スイッチング挙動を検討した。その結果、フォトクロミック分子であるジアリールエテンと蛍光色素を連結した分子をアセトンから再結晶することで蛍光性のフォトクロミック単結晶を作製することに成功した。単結晶X線構造解析の結果、ジアリールエテンユニットは単結晶中で光反応可能なアンチパラレル型に固定されていることが認められた。実際に、その単結晶は極大波長502 nmの強い青緑色の蛍光(Φf= 0.23)を示し、UV光を照射すると、蛍光は急速に消光し、蛍光量子収率は<0.002まで減少した。また、可視光の照射により、蛍光強度は完全に元の状態に回復した。通常、バルク結晶相において、光変換率は10%未満に制限される。それにもかかわらず、今回得られた単結晶はバルク結晶相においてさえ優れた蛍光のON-OFFスイッチングを示すことが明らかとなった。この結果は、効率的な分子間のFRETに由来する非線形蛍光消光が単結晶で起こることを示すものであり、超高効率な非線形蛍光スイッチング分子システムの新しい可能性を明らかとした。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (39 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 3 results) Book (2 results)

  • [Int'l Joint Research] PPSM, CNRS, Universite Paris-Saclay(フランス)

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      NPG Asia Materials

      Volume: 10 Issue: 9 Pages: 859-881

    • DOI

      10.1038/s41427-018-0075-9

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    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 3 Issue: 5 Pages: 4878-4883

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b00282

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      Chemistry Letters

      Volume: 47 Issue: 2 Pages: 163-166

    • DOI

      10.1246/cl.170973

    • NAID

      130006337753

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      ACS Omega

      Volume: 3 Issue: 2 Pages: 2374-2382

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      10.1021/acsomega.8b00238

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      石田沙奈恵、深港 豪
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      光化学

      Volume: 49 Pages: 86-89

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      40021661103

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      Volume: 129 Pages: 201-206

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      Volume: 12 Issue: 20 Pages: 2660-2665

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      Volume: 46 Issue: 8 Pages: 1182-1185

    • DOI

      10.1246/cl.170436

    • NAID

      130005906938

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      Chem. Commun.

      Volume: 53 Issue: 59 Pages: 8268-8271

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      10.1039/c7cc02938a

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      The 12th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials (EXCON 2018)
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  • [Presentation] ペリレンビスイミド連結ジアリールエテンの紫外光を用いない蛍光スイッチング2018

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      2017年光化学討論会
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    • Author(s)
      石田 沙奈恵、金 善南、緒方 智成、栗原 清二、深港 豪
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  • [Book] プラズモンと光圧が導くナノ物質科学:Chapter 5:光ナノピンセット2019

    • Author(s)
      深港 豪、坪井 泰之
    • Total Pages
      8
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      9784759813920
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  • [Book] Photon-Working Switches2017

    • Author(s)
      T. Fukaminato, M. Irie
    • Total Pages
      12
    • Publisher
      Springer Japan
    • ISBN
      9784431565444
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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