High-sensitive and selective molecular detection using efficient electron trapping of lithium-ion endohedral fullerene

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02749
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: Aoyagi Shinobu 名古屋市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (40360838)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 分子検出 / 内包フラーレン

Outline of Final Research Achievements

We have developed a technique for the high-sensitive electrochemical detection of trace molecules in aqueous solution at ppb (μg/L) concentration by utilizing the efficient electron trapping property of lithium-cation endohedral fullerene (Li+@C60). In order to trap electrons efficiently from molecules to be detected, a fluorinated anionic porphyrin derivative was synthesized and combined with Li+@C60 to form uniform Li+@C60 supramolecular thin films on ITO electrode substrates using the LB method. The prepared electrode was immersed in an aqueous electrolytic solution, and the photocurrents generated under intense monochromatic light were measured. When propofol and cyclohexane were compared as solutes, the former photocurrent was about four times larger than the later, and their photocurrents were proportional to the solute concentration in the range of 2-20 ppb.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では水溶液中に含まれるppb（μg/L）濃度のプロポフォールおよびシクロヘキサンを検出可能な分子検出技術を開発した。シクロヘキサンは慢性閉塞性肺疾患患者の呼気中に含まれる有機分子である。プロポフォールは肺がん患者の尿中に多く含まれる有機分子であり，また全静脈麻酔薬としてよく利用されている。これらのことから本研究で開発した分子検出技術は，人間の尿や呼気から特定疾病を発見する早期診断技術や，血中の麻酔薬濃度を評価・制御する医療技術の確立につながる可能性がある。また今後検出感度の向上を進めることにより，既存技術では達成の困難なppt（ng/L）濃度の分子検出技術の開発につながる可能性がある。