Photoinduced Triplet Depletion for Super-Resolution Afterglow Imaging

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18928
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: Hirata Shuzo 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20552227)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 室温りん光 / 超解像イメージング / アフターグロー / 蓄光 / 三重項励起状態 / 2光子イオン化 / STED / 光学顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

Afterglow emission allows imaging independent of autofluorescence under ambient conditions. Although higher resolution afterglow is crucial for increasing quality of the autofluorescence-free emission imaging, increase of excitation intensity to allow brighter afterglow emission induces a decrease of the resolution of afterglow images. Therefore, procedure and mechanism of materials to allow afterglow imaging with more higher-resolution capability is neccesary. Here, we report photoinduced triplet depletion and improved resolution of bright afterglow emission using depletion. Triplet excitons accumulated in a solid material by excitation were depleted under irradiation with a depletion beam with a longer wavelength than the absorption wavelength of the material. A higher-resolution afterglow image was observed by simultaneously focusing a donut-shaped depletion beam and an excitation beam.

Free Research Field

有機材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

通常光刺激による超解像発光は、最低励起一重項状態からの誘導放出を光刺激により行うことで得られている。一方で高輝度アフターグロー発光を形成するりん光の放射源は最低励起三重項状態であり誘導放出が生じない。それゆえ超解像域のアフターグロー像の構築は考えられてこなかった。本研究で光誘起三重項消滅を実証は、超解像域のアフターグロー発光が原理的には可能とするという意味で学術的な意義を含むものである。今後ナノ粒子からの長寿命室温りん光の登場も期待されており、この高解像アフターグロー技術はセキュリティーイメージング能の向上や高コントラストの生体イメージングへの展開が可能であるため社会的意義を含むものである。