2020 Fiscal Year Annual Research Report
リチウムイオン内包フラーレンの高い電子捕捉能を利用した高感度選択的分子検出
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19H02749
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
青柳 忍 名古屋市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (40360838)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 裕 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (00775752)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 内包フラーレン / 分子検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液体および気体中に含まれる微量分子を、リチウムイオン内包フラーレン（Li+@C60）の高い電子捕捉能を利用して、電気化学的に高感度検出する新しい原理の分子検出技術を確立する。検出対象とする標的分子の価電子をLi+@C60によって選択的に引き抜き輸送することで、液体および気体中の標的分子の濃度を、従来を上回る高い感度で選択的に計測することを目指す。本研究によって提案・確立される分子検出技術は、人間の呼気や尿中に含まれるがん患者特有の化学物質検出による初期がんの早期発見や、大気・土壌・水質の汚染物質検出による環境の測定・改善などに広く利用できる。
2020年度は、主にLi+@C60超分子錯体のラングミュア・ブロジェット（LB）膜の作製とその性能評価を行った。Li+@C60とフッ化ポルフィリンを1:1で含む溶液を水面上に展開したのち、ITO電極基板上に転写することで均一なLB膜を得た。LB膜上の分子状態を、光吸収スペクトル測定や原子間力顕微鏡観察などにより評価した結果、分子凝集が見られ単分子膜にはなっていないものの、優れた光吸収特性を有することを確認した。得られた電極を、参照電極、対極と共に、微量の検出対象分子を含む溶液に浸し、光照射下で生じる光電流を計測した。光電流の光強度依存性や分子濃度依存性を測定することで、Li+@C60超分子膜の分子検出特性を評価した。その結果、ppbオーダーの濃度の分子検出が可能であることを確認した。2021年度は、分子検出感度の向上と種選択的な分子検出を目指して、Li+@C60超分子膜の改良を進める。
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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
現在までに、フッ素原子を導入した陰イオン性ポルフィリン誘導体を新規に合成し、Li+@C60と組み合わせることで、電子捕捉能を高めたLi+@C60超分子錯体を得ることに成功している（J. Phys. Chem. B 125 (2021) 918-925）。2020年度には、Li+@C60超分子錯体のラングミュア・ブロジェット（LB）膜の作製とその性能評価を行った結果、ppbオーダーの濃度の分子検出を達成している。以上のことからおおむね順調に進展しており、今後Li+@C60超分子膜の改良を進めることで、分子検出感度の向上と種選択的な分子検出を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、分子検出感度の向上と種選択的な分子検出を目指して、Li+@C60超分子膜の改良を進める。Li+@C60と組合わせるポルフィリンおよび陰イオンを変更した超分子膜を数種類作製し、その分子検出特性を評価・比較する。分子検出の感度が最大となるポルフィリンと陰イオンの組み合わせを探索するとともに、分子検出特性の異なる複数のLi+@C60超分子膜を組み合わせて利用することで種選択的に分子検出を行う手法を開拓する。
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