2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of optical active devices based on DNA-dye-complexes
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17K06033
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
川辺 豊 千歳科学技術大学, 理工学部, 教授 (90305954)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大越 研人 千歳科学技術大学, 理工学部, 教授 (60500139)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | DNA複合体 / 色素レーザー / アゾ色素 / 光異性化 / 動的回折格子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は目的を達成するための主要素であるアゾ色素の光異性化および再配向の動的過程、およびヘミシアニン色素とDNA複合体の相互作用について個別に検討を行った。
高分子薄膜にドープしたアゾ色素の動的過程を、励起光照射下、乃至照射後の光透過率変化と吸収スペクトルの偏光依存性、および誘起される複屈折の時間変化から検討した。その結果、これらの光学特性の変調は従来広く受け入れられているように光配向を主たる起源とするものではなく、むしろ光異性体の個数変化による効果が支配的であることを明らかにした。また、アゾ高分子について市販の材料を用いて同様の計測を行った結果、単純なドープの場合よりも光配向効果が顕著に表れることが確認された。一方、ヘミシアニンとDNAおよびその複合体との相互作用を、円二色性分光法などを用いて検討した結果、蛍光増強効果のある相互作用のモードが複数存在することが明らかになった。さらに新規材料探索の一環として、DNA複合体の脂質部へのアゾ色素の化学修飾を行った。
以上の結果のうちアゾ色素の動的過程に関する重要な部分はOptical Materials Expressなどに論文として掲載された。またヘミシアニンの円二色性分光についてはSPIE（国際光工学会）において発表されプロシーディングとして公開されている。
本年度の予算の主たる部分は、以上の計測を行うための実験装置構築に伴う部品、および合成する新規高分子試料の原料、薄膜試料作製に必要な資材の購入に充当するとともに、SPIE参加のための旅費等として支出した。
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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
DNA複合体中でのアゾカルバゾール色素、およびアゾ色素の動的挙動の詳細を調べるために、色素ドープDNA複合体薄膜の作製を行った。前者の膜質が不十分であったため、後者の代表的化合物であるDR1を用いて薄膜を作製し光異性化の挙動を調べたところ、応答自体は数msであり十分な高速を有していたが、効果自体は小さいことが明らかになった。そこで別途比較検討のため用意したPMMA中にドープした場合の挙動の詳細を調べたところ、従来言われているように光配向を主たる起源とするものではなく、むしろ光異性体の個数変化による効果が支配的であることを示した。
一方、DNA複合体にドープしたヘミシアニンの円二色性スペクトルにおける結果から、蛍光増強に効果のある相互作用のモードは複数存在することが明らかになった。ただし、溶液での検討を先行させたため、固体膜についての知見は得られていない。
両色素をDNA複合体およびPMMA中に共ドープした場合、予想よりも強い蛍光消光が惹起されることが分かった。これを回避するために化合物、製膜条件等を変えた検討を行っているが、両色素間の相互作用自体は電子構造に影響するほど強いものではなく、消光は副次的なものである可能性が高いことから、ほぼ回避可能であると考えられる。
アゾ色素とPMMAの単純な混合と比較するため、エステル交換によるPMMAへのアゾ色素の化学修飾を検討したが、大きな立体障害のため十分な修飾率が得られなかった。そこで、これに代わる材料としてDNA複合体の脂質部にアゾカルバゾールを導入した新規材料を考案し、合成を完了している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はアゾ色素と発光性色素を共ドープした薄膜における、光誘起回折格子の形成と光増幅の検討を行う予定である。前者については、本年度の検討で高速応答を示すことが明らかになったDNA複合体中のアゾ色素のダイナミクスの詳細を、特にパルスレーザーで励起した場合を中心に検討を行う。ただし、消光を回避するためDR1よりも短波長に吸収を有するアゾ色素、アゾカルバゾール色素の評価を並行して行う予定である。一方、発光性色素はレーザー化した場合の耐久性を考慮し、これまで実績のあるヘミシアニンを主体とすることは変更しないが、より長波長で発振するものを視野に入れる予定である。
また、新規に合成した脂質部にアゾカルバゾール色素を持つDNA複合体の薄膜の作製を行い、光異性化挙動を調べる予定である。
これまでの検討で、色素の光異性化挙動が2種の高分子、すなわちDNA複合体とPMMA中で大きく異なることが分かった。したがって両者をハイブリッド化することで、より望ましい性能を付与することが可能であると考えられる。そのためのアプローチとしてモノリシックな複合材料を構成することで、かつて達成した2層化素子に比較して性能や作製上の利便性が向上すると期待される。そこでその作製と物理特性の評価を行い、レーザー発振を図る予定である。
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| Causes of Carryover |
主たる理由は採択当初に購入を計画していたビームプロファイラーの代替として安価なCCDカメラによる計測が可能となったためである。残余の8万円強は次年度において、計測に要する部品に充当し実験精度を向上させる予定である。
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| Remarks |
上記URLはProceedings of CIF18のオープンアクセスサイトである。
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Research Products
(12 results)
