2023 Fiscal Year Final Research Report
Design of Ultra-low excitation intensity photon upconversion system toward theranostics
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22K20538
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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0501:Physical chemistry, functional solid state chemistry, organic chemistry, polymers, organic materials, biomolecular chemistry, and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Keywords | フォトン・アップコンバージョン / 三重項―三重項消滅 / TADF三重項増感剤 / 励起三重項 / セラノスティクス |
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| Outline of Final Research Achievements |
Triplet-triplet annihilation-based photon upconversion (TTA-UC) from visible (Vis) light to ultraviolet (UV) light has attracted attention to biological applications, such as theranostics. In this study, we developed new thermally activated delayed fluorescence (TADF) molecules as triplet photosensitizers exhibiting efficient intersystem crossing processes without heavy metal atoms. Furthermore, we succeeded in synthesizing high quantum yields UV emission annihilators suppressed excimer formation and showed long triplet lifetimes. We achieved the highly efficient blue-to-UV upconversion of 20% in THF solutions under weak excitation intensity such as sunlight level. The triplet photosensitizer was also modified to extend the excitation wavelength, and the green-to-UV upconversion reached the maximum upconversion efficiency of 10%. These new design strategies for Vis-to-UV upconversion materials will provide a realization for theranostics based on TTA-UC system.
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| Free Research Field |
機能性材料化学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
従来の可視→紫外アップコンバージョンでは太陽光レベルの励起光強度ではアップコンバージョン効率が10%未満であった。本研究で開発されたアップコンバージョン発色団は重金属を含むことなく、青色→紫外域のアップコンバージョンでは太陽光レベルの励起光強度で効率を最大化（20%）することに成功した。また、生体透過性のより高い緑色から紫外域のアップコンバージョンもトップクラスの効率（10%）を達成した。本研究成果は高性能な可視→紫外アップコンバージョンシステムの分子デザインの指針となり、セラノスティクスだけでなく、太陽光エネルギーの高度利用に向けた固体システムへの応用にも繋がることが期待される。
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