Development of Advanced Photoresponsive Molecular Systems for Super-Resolution Fluorescence Microscopy

• Project Area: Application of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions
• Project/Area Number: 17H05272
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: 森本 正和 立教大学, 理学部, 教授 (70447126)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2018: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2017: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: フォトクロミズム / ジアリールエテン / 超分子化学 / 光スイッチ / １分子計測（SMD） / １分子計測(SMD)

Outline of Annual Research Achievements

光の照射により蛍光スイッチングを示すジアリールエテン分子と新しい光励起法を用いて、微小領域における構造や物理的・化学的情報を可視化する超解像蛍光顕微鏡法を創出することを目的とした。今年度は、蛍光スイッチングジアリールエテンの光応答特性（吸収・蛍光スペクトル、光反応量子収率、耐久性）に対する置換基効果について検討した。
ベンゾチオフェンジオキシドを骨格とするジアリールエテンについて、末端フェニル基に電子供与性置換基を導入すると、吸収・蛍光スペクトルが長波長シフトすることを見出した。特にジメチルアミノ基を有する分子では、開環体の吸収帯が可視域まで長波長シフトするため可視光の照射による閉環異性化が可能であり、異性化により生成した閉環体は赤色の蛍光を示した。可視光による蛍光スイッチングと赤色蛍光はバイオイメージングにおいて有効と考えられる。また、末端フェニル基に電子供与性置換基を導入すると、光照射による副反応が抑制され、光照射に対する耐久性が向上する傾向が認められた。このような高耐久性蛍光スイッチ分子は、長時間の超解像蛍光イメージングや、長時間の単一分子トラッキングにおいて有効と考えられる。
光反応量子収率に対する反応点置換基の効果についても検討した。反応点にネオペンチル基を導入すると、吸収・蛍光スペクトルは大きく変化することなく、光開環反応量子収率が増大することを見出した。反応点に適切なアルキル置換基を導入することで、光開環反応量子収率を合理的に制御できる可能性が示唆され、異なる原理の超解像蛍光顕微鏡法に適した蛍光プローブ分子を合成するための分子設計指針に関する知見が得られた。

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。

Research Products

• [Journal Article] Thermally reversible photochromism of dipyrrolylethenes (2019)
  • Author(s): Kohei Inaba, Ryota Iwai, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • Journal Title: Photochemical & Photobiological Sciences Volume: ― Issue: 9 Pages: 2136-2141
  • DOI: 10.1039/c8pp00557e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis, structures, and magnetic properties of two coordination assemblies of Mn(III) single molecule magnets bridged via photochromic diarylethene ligands (2019)
  • Author(s): Ahmed Fetoh, Goulven Cosquer, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Ola El-Gammal, Gaber M. Abu El-Reash, Brian K. Breedlove, Masahiro Yamashita
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 58 Issue: 4 Pages: 2307-2314
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b02578
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The photoregulation of a mechanochemical polymer scission (2018)
  • Author(s): Jumpei Kida, Keiichi Imato, Raita Goseki, Daisuke Aoki, Masakazu Morimoto, Hideyuki Otsuka
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05996-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiphoton-Gated Cycloreversion Reaction of a Fluorescent Diarylethene Derivative as Revealed by Transient Absorption Spectroscopy (2018)
  • Author(s): T. Nagasaka, T. Kunishi, H. Sotome, M. Koga, M. Morimoto, M. Irie, H. Miyasaka
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys. Volume: 20 Issue: 30 Pages: 19776-19783
  • DOI: 10.1039/c8cp01467a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mesoscopic Motion of Optically Trapped Particle Synchronized with Photochromic Reactions of Diarylethene Derivatives (2018)
  • Author(s): Syoji Ito*; Morio Mitsuishi; Kenji Setoura; Mamoru Tamura; Takuya Iida; Masakazu Morimoto; Masahiro Irie; Hiroshi Miyasaka*
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 9 Issue: 10 Pages: 2659-2664
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b00890
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A turn-on mode fluorescent diarylethene: Solvatochromism of fluorescence (2018)
  • Author(s): Masakazu Morimoto, Yuta Takagi, Karina Hioki, Tatsuhiro Nagasaka, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • Journal Title: Dyes and Pigments Volume: 153 Pages: 144-149
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2018.02.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoswitchable Turn-on Mode Fluorescent Diarylethenes: Strategies for Controlling the Switching Response (2018)
  • Author(s): Masahiro Irie, Masakazu Morimoto
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 91 Issue: 2 Pages: 237-250
  • DOI: 10.1246/bcsj.20170365
  • NAID: 130006350252
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fluorescence Photoswitching of a Diarylethene by Irradiation with Single-Wavelength Visible Light (2017)
  • Author(s): Ryota Kashihara, Masakazu Morimoto, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 139 Issue: 46 Pages: 16498-16501
  • DOI: 10.1021/jacs.7b10697
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal decomposition product of 1,2-bis(2-methyl-1-benzofuran-3-yl)perfluorocyclopentene (2017)
  • Author(s): T. Yamaguchi, T. Nakagawa, T. Ozeki, M. Fukuda, M. Morimoto, S. Takami
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 58 Issue: 47 Pages: 4447-4449
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2017.10.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photosalient Phenomena that Mimic Impatiens Are Observed in Hollow Crystals of Diarylethene with a Perfluorocyclohexene Ring (2017)
  • Author(s): Eri Hatano, Masakazu Morimoto, Takahito Imai, Kengo Hyodo, Ayako Fujimoto, Ryo Nishimura, Akiko Sekine, Nobuhiro Yasuda, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 56 Issue: 41 Pages: 12576-12580
  • DOI: 10.1002/anie.201706684
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoswitchable Fluorescent Diarylethene Derivatives with Thiophene 1,1-Dioxide Groups: Effect of Alkyl Substituents at the Reactive Carbons (2017)
  • Author(s): Masakazu Morimoto, Takaki Sumi, Masahiro Irie
  • Journal Title: Materials Volume: 10 Issue: 9 Pages: 1021-1021
  • DOI: 10.3390/ma10091021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photoregulation of Retro-Diels-Alder Reaction at the Center of Polymer Chains (2017)
  • Author(s): Jumpei Kida, Keiichi Imato, Raita Goseki, Masakazu Morimoto, Hideyuki Otsuka
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 46 Issue: 7 Pages: 992-994
  • DOI: 10.1246/cl.170251
  • NAID: 130005709480
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 蛍光性ジアリールエテンの光応答特性に対する置換基効果 (2019)
  • Author(s): 森本正和・高須翔也・岩井良太・入江正浩
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] Development of advanced photofunctional molecular crystals based on crystal-engineering strategy (2018)
  • Author(s): Masakazu Morimoto
  • Organizer: 2018年光化学討論会
• [Presentation] Turn-on型蛍光性ジアリールエテン：置換基効果 (2018)
  • Author(s): 岩井良太・森本正和・入江正浩
  • Organizer: 2018年光化学討論会
• [Presentation] Turn-on型蛍光性ジアリールエテンにおける置換基効果 (2018)
  • Author(s): 岩井良太・森本正和・入江正浩
  • Organizer: 日本化学会第98春季年会
• [Presentation] 超解像蛍光イメージングに向けた光スイッチ型蛍光色素の研究動向 (2018)
  • Author(s): 森本正和
  • Organizer: 近畿化学協会機能性色素部会第95回例会
  • Invited
• [Presentation] 蛍光性ジアリールエテンの光反応量子収率に対する反応点置換基の効果 (2017)
  • Author(s): 高須翔也・須見貴樹・森本正和・入江正浩
  • Organizer: 2017年光化学討論会
• [Presentation] 単一可視光源によるジアリールエテン蛍光の可逆光スイッチ (2017)
  • Author(s): 樫原遼太・高木祐太・森本正和・伊都将司・宮坂博・入江正浩
  • Organizer: 2017年光化学討論会
• [Remarks] 立教大学森本正和研究室ホームページ
  • URL: https://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html
• [Remarks] 立教大学森本正和研究室ホームページ
  • URL: http://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html