2021 Fiscal Year Annual Research Report
Design of Cyclodextrin Gel-type Chemosensors Based on the Reactivity of Boronic Acid Moiety
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21J00709
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
鈴木 陽太 上智大学, 理工学部, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | ボロン酸 / シクロデキストリン / 分子認識 / 超分子複合体 / 糖類 / ヌクレオチド / 蛍光 / ゲル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生理学的pHの水中で効率よく反応が進行する、高い酸性度を持つボロン酸を反応部位とした、疎水性プローブ/シクロデキストリン超分子複合体を新規に合成する。さらに、この超分子複合体を架橋剤によって高分子化することで、生理学的条件において糖類・ヌクレオチド類等の様々な生体関連分子を迅速にセンシングできるシクロデキストリン（CyD）ゲル化学センサーを開発する。
令和三年度は主に、（１）糖類をセンシングするボロン酸型プローブ/CyD超分子複合体の開発、（２）ヌクレオチド類をセンシングするジピコリルアミン金属錯体/ボロン酸修飾CyD超分子複合体の開発を行った。
（１）構造内に電子求引基を導入することで、従来よりも高い酸性度を持つボロン酸型蛍光性プローブを合成した。さらに、共存するCyDの濃度を検討することで、溶液中で形成されるボロン酸型プローブ/CyD超分子複合体による、生理学的pHでの糖類のセンシングが可能になった。その結果、代表的な生体関連分子であるD-グルコースの高選択的かつ高感度な検出に成功した。さらに、ゼロカロリーの甘味材料として近年注目されている、希少糖D-アルロースの比色蛍光センシングが可能な超分子複合体の開発にも成功した。他にも、ボロン酸型アゾ色素/CyD超分子複合体による糖類の比色センシング等にも取り組んだ。
（２）ボロン酸部位を修飾したCyD、及びピレン部位とジピコリルアミン金属錯体部位をメチレン鎖で架橋した蛍光性プローブを合成した。その結果、アデノシン三リン酸、アデノシン二リン酸を認識して蛍光強度の増大を示す超分子複合体の開発に成功した。また、プローブのメチレン鎖の鎖長を検討することで、一連のリン酸誘導体に対する選択性の制御が可能になることを明らかにした。
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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
次のように着実に成果が得られている。
（１）従来の糖認識をするボロン酸型プローブは、多段階の合成反応を要するのに加え、水への溶解性が低い。一方で、本研究で開発したボロン酸型プローブ/CyD超分子複合体は、合成が簡便、水中でも使用が可能という魅力的な能力を持つ。つまり、本成果は当該分野に大きなインパクトを与えると期待される。本成果は国内外の学会で発表され、中でも、希少糖D-アルロースの比色蛍光センシングに関する成果は、学術論文としてまとめられ、現在、海外査読付論文誌の審査中にある。
（２）ヌクレオチドのセンシングにおいて、従来のプローブの設計指針では、ヌクレオチドのジオール部位・ポリリン酸部位とそれぞれ反応可能な２つの認識部位両方をプローブの構造内に導入する必要が有り、その合成の難度は高かった。一方で、本研究で開発した超分子複合体は、ヌクレオチドのジオール部位と反応可能なボロン酸修飾シクロデキストリン、ポリリン酸部位と反応可能なジピコリルアミン金属錯体型蛍光性プローブを溶液中で混合するだけで得られるため、合成の難度ははるかに低い。さらに水中での利用も可能であるため、高い実用性を持つ。本成果は国内の学会で発表された。論文としての発表に向けて、センシングメカニズムの更なる調査が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に従い、令和４年度は、開発した超分子複合体と架橋剤を高分子化することで、シクロデキストリンゲル化学センサーを作製する。まず、ゲル作製条件の検討を行う。反応条件を検討することで、化学センサーを最も効率良く作製可能な方法を探索する。次に、作製した化学センサーの評価を行う。種々の分光光度法等を駆使することで、代表的な生体関連分子であるD-グルコースとアデノシン三リン酸に対する、化学センサーの分子認識能（選択性、吸着速度など）を定量的に評価する。最後に、架橋剤の構造や反応条件を更に検討することで、D-グルコースとアデノシン三リン酸にして高い親和性・吸着能を示す化学センサーの作製を行う。
上述の研究計画の遂行に加え、令和３年度に得られた成果をまとめ、海外査読付論文誌に投稿し、学術論文として発表する。
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Research Products
(5 results)
