2022 Fiscal Year Annual Research Report
電気化学誘起アップコンバージョン発光を示すDNA組織体によるECL素子の高機能化
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22J21915
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
小澤 竜輝 千葉大学, 融合理工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2025-03-31
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| Keywords | 電気化学発光 / DNA / Ru(II)錯体 / アントラセン / 三重項-三重項消滅アップコンバージョン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気化学発光（ECL）は、発光性化合物の電気化学的な励起状態形成に基づく発光現象である。これまでの研究で、超高速応答ECLを示すDNA/Ru(II)錯体複合膜電極間に青色ECL材料の9,10-ジフェニルアントラセン（DPA）を含む電解液を挟み込んだ2極型素子を構築した。その結果、この素子中において、DNA複合膜中のRu(II)錯体と電解液中のDPA間での電気化学反応をトリガーとしたアップコンバージョンに起因した、低電圧駆動での青色ECL発現および青色ECLの高速応答化が初めて達成された。令和4年度においては、これらの機能性向上に伴い、電気化学誘起アップコンバージョンに起因した青色ECLの大幅な耐久性向上も実現した。青色ECLの耐久性の低さはデバイスへと応用していく上で課題となっているため、この結果は非常に意義あるものといえる。さらに複合素子中における反応電荷量およびECL強度から、アップコンバージョンECL効率についても算出した。実際に算出した効率は非常に低く、今後改善していく必要があることは改めて明白となった。
これらに加え、神戸大学との共同研究を通して、主に光物理的な観点からDNA/Ru(II)錯体複合膜上におけるDPAのアップコンバージョンについての詳細な挙動を解析した。またアップコンバージョン効率の向上に向けて、DNAとの相互作用を可能とする新規青色発光材料の合成にも着手した。水溶性の青色発光材料の合成には成功したが、実際にDNAと混合した際、架橋によって沈殿が生じてしまった。この課題についてまず今後改善策を検討していく必要がある。
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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
DNA/Ru(II)錯体複合膜にDPAを含む電解液を挟み込んだ2極型ECL素子において、電気化学誘起アップコンバージョンに起因した青色ECLの大幅な耐久性向上が実現したことは期待以上の結果であったといえる。
神戸大学との共同研究を通して行った、光物理的な観点からDNA/Ru(II)錯体複合膜上におけるDPAのアップコンバージョンについての詳細な挙動を解析した点についても、期待以上の成果であり、非常に意義のあるものとなった。
アップコンバージョン効率の向上に向けた新規青色発光材料の合成に関しては、いまだ十分な収率が得られない、生成した発光材料がDNAとの架橋を起こして沈殿が生じてしまうなど、課題が多く残っている状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
DNAとの相互作用を可能とする新規青色発光材料の合成が困難な場合、新規材料の購入も検討する。さらにECL駆動時の印加電圧条件の最適化や、界面活性剤の導入なども、電気化学誘起アップコンバージョンの高効率化を目指す上で検討していく。
本研究では最終的に、超高速応答ECLの多色発現およびDNAのキラルバックボーンとしての構造に起因した電気化学反応をトリガーとした円偏光発光（CPL）の発現を目指している。多色発現については、最終的にはデバイス応用に向けて必用不可欠な白色発光発現を目指すため、まず溶液系ECL素子における複数発光材料による白色ECLの発現およびそのメカニズム解析、機能性向上を試みる。CPLについては、磁気によって容易に発現するといった報告があるため、これをECLに応用することも案としていく。
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[Journal Article] Enhanced Circularly Polarized Luminescence by a Homochiral Guest－Host Interaction in Gyroidal MOFs, [Ru(bpy)3] [M2(ox)3] (bpy = 2,2′-Bipyridyl, ox = Oxalate, M = Zn, Mn)2023
Author(s)
Kazuya Nakashima, Rie Suizu, Shuhei Morishita, Noriaki Tsurumachi, Masahiro Funahashi, Hyuma Masu, Ryuki Ozawa, Kazuki Nakamura, Kunio Awaga
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Journal Title
ACS Materials Au
Volume: -
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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