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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of materials imaging technique based on flexible fluorophores

Research Project

Project/Area Number 15H05482
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

齊藤 尚平  京都大学, 理学研究科, 准教授 (30580071)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords粘度 / 蛍光プローブ / イメージング / レシオメトリック / エポキシ樹脂 / 硬化 / 可視化 / 自由体積
Outline of Annual Research Achievements

動く発光団FLAPは局所粘度プローブとして働くことがわかった。すなわち、光励起に伴うV字型から平面型へのコンフォメーション変化が媒体の粘度上昇によって抑制されることから、媒体の硬化を蛍光色の変化で可視化できる。このような蛍光性の粘度プローブ分子は近年バイオイメージングに盛んに用いられており、粘度分布を定量的に解析する手段として、蛍光レシオメトリック法と蛍光寿命イメージング法の2つがよく知られている。ただし、どちらの方法でも、BODIPYやシアニン色素をはじめとするいわゆる“Molecular Rotor”が粘度プローブとして普及しており、励起状態(S1)における「分子の回転の動き」が高粘度媒体で抑制されることが鍵となっている。これに対してFLAPは「分子の羽ばたく動き」を活用した局所粘度プローブであり、しかも二重発光性を備えているため単一発光団としてレシオメトリック法による粘度定量が可能である。実際に、青色発光帯と緑色発光帯の蛍光強度比を縦軸に、粘度を横軸にとって両対数プロットをとると、Foerster-Hoffmann 則に従って2-100 cPの粘度範囲で検量線が引けることを見出した。また、この粘度範囲において、FLAPは従来の粘度プローブよりも感度が高い(すなわち、蛍光スペクトル形状の粘度依存性が大きい)ことがわかった。この理由としては、FLAPの羽ばたく動きがMolecular Rotorの回転の動きに比べて、より大きな排除体積を必要とするため、局所粘度により敏感なのではないかと考えられる。FLAPを局所粘度プローブとして活用すると、樹脂の硬化過程を可視化できる。実際に、凝集を抑えるための嵩高い置換基を導入したFLAPを、市販の透明接着剤や工業用エポキシ樹脂に微量添加することで、室温で接着剤が硬化するまでの過程をその場で可視化し、硬化が充分でない箇所を非接触で特定することができることが示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実績の概要に示した成果について、既にフルペーパーとして論文を投稿中である。また、粘度プローブ分子であるFLAPの励起状態におけるダイナミクスについても、共同研究による過渡吸収スペクトル測定、時間分解蛍光測定、時間分解IR測定などの手法により明らかとなった。これらの詳細についても続報として成果を公開する見込みがついている。また、張力プローブ分子として働くFLAPの開発に関しては、PCT国際特許出願を行い、アメリカ、ドイツ、オランダ、中国、日本へと指定国を移行した。さらに最近では、1つの発光団でピコニュートンオーダーの力に応答して発光色を変えることのできる「レシオメトリック張力プローブ」として機能する分子構造の一般式について探求が進みつつある。こちらについても特許申請を準備中であり、出願内容が公開されたものから順次論文発表していく。

Strategy for Future Research Activity

現在、既にいくつかの新しいFLAP骨格の合成に成功しており、それぞれの光物性について多くの知見が得られてきた。興味深いことに、FLAPの腕にあたるπ共役構造に依存して、S0基底状態でV字型構造をとるFLAP発光団シリーズの光物性は主に以下の4つのグループに分類できることがわかってきた。
グループ1:S1励起状態においてV字型構造から平面型構造へと大胆なコンフォメーション変化を起こし、平面型構造に由来するストークスシフトの大きな長波長蛍光が観測されるもの。グループ2:S1励起状態においてV字型構造からなんらかのコンフォメーション変化を起こすものの、ほとんど消光されてしまい、V字型構造に由来するストークスシフトの小さい蛍光が弱く観測されるもの。グループ3:S1励起状態においてコンフォメーション変化が起こらず、V字型構造のままストークスシフトの小さい蛍光が強く観測されるもの。グループ4:S1励起状態においてシングレットフィッションが起こり、一重項TT状態が観測されるもの。
今後は、FLAP誘導体がどのような要因によってこれらのグループに分けられるのか、また、張力プローブとしての活用が特に有用であるグループ1に属するFLAPを狙って設計するのは可能なのかを探求する。そのためには、励起状態における量子化学計算を駆使して、まずはこれまでに得られたさまざまなFLAPシリーズの光物性データを正しく解釈する必要がある。今後は、有機合成にもとづく新規FLAP誘導体の量産を進めつつ、物性測定と量子化学計算を組み合わせることで、蛍光挙動の分子構造依存性について経験則を積み上げる。最終目的は、光ピンセットやAFMが不得手とする張力イメージング技術を確立できる「蛍光性張力プローブ分子シリーズ」を構築することである。

  • Research Products

    (34 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 15 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] CIC nanoGUNE/CSIC-UPV/EHU/Donostia International Physics Center(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      CIC nanoGUNE/CSIC-UPV/EHU/Donostia International Physics Center
    • # of Other Institutions
      1
  • [Int'l Joint Research] Aarhus University(デンマーク)

    • Country Name
      DENMARK
    • Counterpart Institution
      Aarhus University
  • [Int'l Joint Research] University of Basel(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      University of Basel
  • [Journal Article] Quantum Dots Embedded in Graphene Nanoribbons by Chemical Substitution2017

    • Author(s)
      Eduard Carbonell-Sanroma, Pedro Brandimarte, Richard Balog, Martina Corso, Shigeki Kawai, Aran Garcia-Lekue, Shohei Saito, Shigehiro Yamaguchi, Ernst Meyer, Daniel Sanchez-Portal, Jose Ignacio Pascual
    • Journal Title

      Nano Lett.

      Volume: 17 Pages: 50-56

    • DOI

      DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03148

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Light-melt adhesive based on dynamic carbon frameworks in a columnar liquid-crystal phase2016

    • Author(s)
      Shohei Saito, Shunpei Nobusue, Eri Tsuzaka, Chunxue Yuan, Chigusa Mori, Mitsuo Hara, Takahiro Seki, Cristopher Camacho, Stephan Irle, Shigehiro Yamaguchi
    • Journal Title

      Nat. Commun.

      Volume: 7 Pages: 12094

    • DOI

      DOI: 10.1038/ncomms12094

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A Soluble Dynamic Complex Strategy for the Solution-Processed Fabrication of Organic Thin-Film Transistors of a Boron-Containing Polycyclic Aromatic Hydrocarbon2016

    • Author(s)
      Kyohei Matsuo, Shohei Saito, and Shigehiro Yamaguchi
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 55 Pages: 11984-11988

    • DOI

      DOI: 10.1002/anie.201605221

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 光剥離と高温接着を両立するライトメルト接着材料の開発2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Journal Title

      光化学協会誌「光化学」

      Volume: 47 Pages: 163-166

    • DOI

      ISSN: 0913-4689

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 光で剥がせる「ライトメルト型」接着材料 ~分子技術で高温にも対応~2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Journal Title

      月刊「コンバーテック」

      Volume: 44 Pages: 41-45

    • DOI

      ISSN: 0911-2316

    • Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Flexible Fluorophore and Photoactive Soft Materials2017

    • Author(s)
      Shohei SAITO
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会2017
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 張力プローブ分子群FLAPを基軸とした発光分子力学の開拓研究2017

    • Author(s)
      齊藤 尚平・横山 創一・小谷 亮太・山角 拓也・櫛田 亜希・LIU Pengpeng・中池 由美・大須賀 篤弘
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会2018
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] 発光張力プローブFLAPのライブラリー化に向けた化学修飾2017

    • Author(s)
      小谷 亮太・横山 創一・齊藤 尚平・大須賀 篤弘
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会2019
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] 動く光機能分子FLAPのπ拡張による光物性の変化2017

    • Author(s)
      山角 拓也・齊藤 尚平・大須賀 篤弘
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会2020
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] ESIPT部位を導入した動く光機能分子FLAPの合成検討2017

    • Author(s)
      櫛田 亜希・LIU Pengpeng・齊藤 尚平・大須賀 篤弘
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会2021
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-19
  • [Presentation] 光で剥がせる液晶接着材料の開発2017

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      粘着研究会 第154回例会
    • Place of Presentation
      東京大学弥生キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-10 – 2017-03-10
    • Invited
  • [Presentation] 高温でも使える、光で剥がせる液晶接着材料の開発2017

    • Author(s)
      齊藤尚平・信末俊平・Irle Stephan・山口茂弘・原光生・関隆広
    • Organizer
      Japan Nano 2017 第15回ナノテクノロジー総合シンポジウム「平成28年度の秀でた利用成果」
    • Place of Presentation
      東京ビッグサイト
    • Year and Date
      2017-02-17 – 2017-02-17
    • Invited
  • [Presentation] π共役骨格の動きを活かして材料技術をうみだす2017

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      JSR 四日市工場
    • Place of Presentation
      JSR 四日市工場
    • Year and Date
      2017-02-13 – 2017-02-13
    • Invited
  • [Presentation] 光で剥がせる液晶接着材料の開発 ~分子技術で高温接着にも対応~2017

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      JST 新技術説明会~創薬・材料分野~
    • Place of Presentation
      東京市ヶ谷JST
    • Year and Date
      2017-02-09 – 2017-02-09
  • [Presentation] 分子骨格を動かして材料技術をうみだす2017

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      中央大学理工学部
    • Place of Presentation
      中央大学後楽園キャンパス
    • Year and Date
      2017-02-04 – 2017-02-04
    • Invited
  • [Presentation] ライトメルト接着材料の開発 ~光剥離と耐熱接着の両立~2017

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      ラドテック研究会 第150回講演会
    • Place of Presentation
      東京理科大学神楽坂キャンパス
    • Year and Date
      2017-01-31 – 2017-01-31
    • Invited
  • [Presentation] 多分子協調場としてのフレキシブル光応答分子の機能集合システム構築2017

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      新学術領域研究「高次複合光応答」第5回公開シンポジウム
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2017-01-20 – 2017-01-21
  • [Presentation] ライトメルト接着材料の設計と活用 ~光利用による接着・剥離技術と易解体性~2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      サイエンス&テクノロジー セミナー
    • Place of Presentation
      東京都港区浜松町 サイエンス&テクノロジー
    • Year and Date
      2016-12-16 – 2016-12-16
    • Invited
  • [Presentation] 動く光機能分子FLAPの開発と材料技術の創出2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      青山学院大学理工学部 機能物質化学講演会(日本、神奈川)
    • Place of Presentation
      青山学院大学淵野辺キャンパス
    • Year and Date
      2016-12-02 – 2016-12-02
    • Invited
  • [Presentation] Light-melt adhesive based on a photoresponsive columnar liquid crystal2016

    • Author(s)
      Shohei SAITO
    • Organizer
      PhoSM2016 (2nd International Conference on Photoalignment and Photopatterning in Soft Materials)
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス
    • Year and Date
      2016-11-24 – 2016-11-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光で剥がせる接着材料 ~分子技術で高温にも対応~2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      高分子学会 高分子同友会 勉強会
    • Place of Presentation
      東京 入船 高分子同友会
    • Year and Date
      2016-11-18 – 2016-11-18
    • Invited
  • [Presentation] 柔軟なπ共役骨格の動きを活かして材料技術をうみだす2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      九州地区高分子若手研究会・冬の講演会
    • Place of Presentation
      菊南温泉ユウベルホテル
    • Year and Date
      2016-11-17 – 2016-11-17
    • Invited
  • [Presentation] 張力に応答する発光分子FLAPの開発と展開2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      第64回レオロジー討論会
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2016-10-28 – 2016-10-30
  • [Presentation] 柔軟なπ共役骨格の動きを活かして材料技術をうみだす2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      住友化学大阪工場
    • Place of Presentation
      住友化学大阪工場
    • Year and Date
      2016-10-13 – 2016-10-13
    • Invited
  • [Presentation] 高温接着と光剥離を両立する液晶接着材料 Light-Melt Adhesive の開発2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      高分子討論会
    • Place of Presentation
      神奈川大学
    • Year and Date
      2016-09-14 – 2016-09-16
    • Invited
  • [Presentation] 光剥離機能と耐熱接着機能を両立するカラムナー液晶材料の開発2016

    • Author(s)
      齊藤尚平, 信末俊平, 原 光生, 関 隆広, IRLE Stephan, 山口茂弘
    • Organizer
      日本液晶学会討論会
    • Place of Presentation
      大阪工業大学
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-07
  • [Presentation] FLAP molecules and dynamic soft materials2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      構造有機化学若手の会
    • Place of Presentation
      琵琶湖畔 白浜荘
    • Year and Date
      2016-08-04 – 2016-08-06
    • Invited
  • [Presentation] Light-melt adhesive based on a photoresponsive columnar liquid crystal2016

    • Author(s)
      Shohei SAITO
    • Organizer
      日伊液晶国際会議 JILCW2016
    • Place of Presentation
      京都国際会議場
    • Year and Date
      2016-07-05 – 2016-07-07
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 「光分子力学」の構築をめざして2016

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      光化学若手の会
    • Place of Presentation
      大阪四條畷アイ・アイ・ランド
    • Year and Date
      2016-06-17 – 2016-06-19
    • Invited
  • [Presentation] Light-melt adhesive based on dynamic carbon frameworks in a columnar liquid crystal phase2016

    • Author(s)
      Shohei SAITO
    • Organizer
      新学術領域研究「高次複合光応答」第1回国際シンポジウム
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス
    • Year and Date
      2016-06-02 – 2016-06-04
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] Shohei SAITO Homepage 齊藤尚平 ホームページ

    • URL

      http://shohei-saito.webnode.jp/

URL: 

Published: 2018-01-16  

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