2019 Fiscal Year Research-status Report
光イメージング応用を志向した巨大π共役系短波赤外色素分子の創製
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19K05439
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
石田 真敏 九州大学, 工学研究院, 助教 (60706951)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | π共役 / ポルフィリン / 近赤外光 / 光音響 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、次世代光イメージング応用を志向した近赤外第二領域光（NIR-II：波長1000-1700nm）に応答（吸収・発光・発熱）する色素の創製とイメージング技術の提供を主たる目的としている。近年、生物個体の深部を可視化するプローブ分子の開発において、従来の近赤外（NIR－I：波長～1000nm）領域よりも更に低いエネルギーNIR-II光を活用したイメージング技術が注目を集めている。
本研究計画では、光機能性材料として多用されているポルフィリン系拡張π共役類縁体の光学特性に着目し、固有のフロンティア分子軌道の精密制御を鍵としたNIR-II光励起可能な分子のNIR－II発光および光音響波（PA)発生を実現する分子群を合成した。具体的には、6個のピロール環から構成されるヘキサフィリン類縁体を基盤とした色素に対して、亜鉛（II)イオンおよび銅（II)イオンの配位により、波長1000nmを超えるNIR-II蛍光発光およびPA応答特性について各種レーザー分光測定により解析した。
この金属イオンの配位を鍵とする色素設計の知見により、新たな近赤外光から可視光まで高効率に光吸収する黒色色素の開発に成功し、高い光熱変換能を示すことを明らかとした。また両親媒性分子とのミセル形成により、水中でのNIR-II光励起PA応答を達成した。
更に本研究計画にある、メゾ位拡張ヘキサフィリン誘導体の合成により、最低励起エネルギーのモル吸光係数の増大の実現に成功し、より高いPA信号と強発光を示すNIR光機能性分子の開発にも成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
計画初年度の成果として、研究目標としてるNIR-II光吸収・発光・光音響応答する基盤色素分子のプラットフォームとなりうる化合物群が次々と合成できつつあり、大きな進展が見られた。特にこれらの金属錯体を基盤とするNIR-II色素を、更に第3近赤外光（NIR-III)へと低エネルギーシフトした誘導体への展開が出来つつあり、水溶化技術との組み合わせにより、ナノ色素イメージング材料に応用に向けた重要な知見がいくつも得られたと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画に従い、得られたヘキサフィリン系近赤外色素を基に、更なる分子軌道の対称性に着目した配置間相互作用の制御とS0-S1 遷移の振動子強度(f)の構造相関の解明を行うことで、発光と光音響波発生を併せ持つマルチモダリティ色素の開発を目指す。更に水溶性誘導体の合成により、色素の細胞毒性評価およびIN VIVOイメージング応用を行う。これまでの知見を活かした、新たなπ共役ポルフィリン系骨格に基づくNIR-II色素の開発を展開する。
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