励起エネルギーランドスケープ制御に基づくフォトン・アップコンバージョンの高効率化

• Project/Area Number: 17J04506
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Polymer chemistry
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 河野 宏徳 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 励起三重項状態 / フォトン・アップコンバージョン / 三重項-三重項消滅 / 自己組織化 / 酸素バリア / 動的核偏極

Outline of Annual Research Achievements

有機分子の励起三重項状態は、マイクロ秒からミリ秒オーダーの比較的長い励起寿命を有し、また磁性を発現するなどのユニークな性質を有することが知られている。近年、これら励起三重項状態の特徴を活かした研究として、① 三重項-三重項消滅に基づくフォトン・アップコンバージョン (TTA-UC)、 および ② 励起三重項状態を利用した動的核偏極法 (triplet-DNP) が注目されている。これらの研究においては、疎水性の π 共役系発色団分子を対象として、有機溶媒や固体中における基本特性が調べられてきた。一方、これらの方法論を生体イメージングや生体分子の構造解析などへ応用するために、水系への展開が求められている。
本研究では、これら励起三重項状態の示す TTA-UC、ならびに triplet-DNP 現象を水系において実現すべく水分散性を有する π 共役系発色団分子を新たに設計・合成するとともに、それらの水系における分散特性とTTA-UC、triplet-DNP特性を明らかにすることを目指した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Visible-to-UV photon upconversion in air-saturated water by multicomponent co-assembly (2020)
  • Author(s): Kawashima Yusuke、Kouno Hironori、Orihashi Kana、Nishimura Koki、Yanai Nobuhiro、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Molecular Systems Design & Engineering Volume: - Issue: 4 Pages: 792-796
  • DOI: 10.1039/d0me00003e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Triplet dynamic nuclear polarization of crystalline ice using water-soluble polarizing agents (2020)
  • Author(s): Kouno Hironori、Orihashi Kana、Nishimura Koki、Kawashima Yusuke、Tateishi Kenichiro、Uesaka Tomohiro、Kimizuka Nobuo、Yanai Nobuhiro
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: - Issue: 26 Pages: 3717-3720
  • DOI: 10.1039/d0cc00836b
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonpentacene Polarizing Agents with Improved Air Stability for Triplet Dynamic Nuclear Polarization at Room Temperature (2019)
  • Author(s): Kouno Hironori、Kawashima Yusuke、Tateishi Kenichiro、Uesaka Tomohiro、Kimizuka Nobuo、Yanai Nobuhiro
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 10 Issue: 9 Pages: 2208-2213
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b00480
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Near‐Infrared Optogenetic Genome Engineering Based on Photon‐Upconversion Hydrogels (2019)
  • Author(s): Sasaki Yoichi、Oshikawa Mio、Bharmoria Pankaj、Kouno Hironori、Hayashi‐Takagi Akiko、Sato Moritoshi、Ajioka Itsuki、Yanai Nobuhiro、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 58 Issue: 49 Pages: 17827-17833
  • DOI: 10.1002/anie.201911025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Triplet dynamic nuclear polarization of nanocrystals dispersed in water at room temperature (2019)
  • Author(s): Nishimura Koki、Kouno Hironori、Tateishi Kenichiro、Uesaka Tomohiro、Ideta Keiko、Kimizuka Nobuo、Yanai Nobuhiro
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 21 Issue: 30 Pages: 16408-16412
  • DOI: 10.1039/c9cp03330k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oligo(ethylene glycol)/alkyl-modified Chromophore Assemblies for Photon Upconversion in Water (2019)
  • Author(s): Haruki Rena、Kouno Hironori、Hosoyamada Masanori、Ogawa Taku、Yanai Nobuhiro、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Chemistry - An Asian Journal Volume: 印刷中 Issue: 10 Pages: 1723-1728
  • DOI: 10.1002/asia.201801666
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supramolecular Crowding Can Avoid Oxygen Quenching of Photon Upconversion in Water (2019)
  • Author(s): Kimizuka Nobuo、Kouno Hiroyuki、Sasaki Yoichi、Yanai Nobuhiro
  • Journal Title: Chemistry - A European Journal Volume: 印刷中 Issue: 24 Pages: 6124-6130
  • DOI: 10.1002/chem.201806076
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-dimensional structural ordering in a chromophoric ionic liquid for triplet energy migration-based photon upconversion (2018)
  • Author(s): Hisamitsu Shota、Yanai Nobuhiro、Kouno Hironori、Magome Eisuke、Matsuki Masaya、Yamada Teppei、Monguzzi Angelo、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 20 Issue: 5 Pages: 3233-3240
  • DOI: 10.1039/c7cp06266d
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Near infrared-to-blue photon upconversion by exploiting direct S?T absorption of a molecular sensitizer (2017)
  • Author(s): Sasaki Yoichi、Amemori Shogo、Kouno Hironori、Yanai Nobuhiro、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: J. Mater. Chem. C Volume: 5 Issue: 21 Pages: 5063-5067
  • DOI: 10.1039/c7tc00827a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetically controlled crystal growth approach to enhance triplet energy migration-based photon upconversion (2017)
  • Author(s): Ogawa Taku、Yanai Nobuhiro、Kouno Hironori、Kimizuka Nobuo
  • Journal Title: Journal of Photonics for Energy Volume: 8 Issue: 02 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1117/1.jpe.8.022003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Air-Stable Polarizing Agents for Triplet Dynamic Nuclear Polarization (2019)
  • Author(s): Hironori Kouno, Yusuke Kawashima, Kenichiro Tateishi, Tomohiro Uesaka, Nobuo Kimizuka and Nobuhiro Yanai
  • Organizer: EUROISMAR
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of new triplet polarizing agents for triplet dynamic nuclear polarization (2019)
  • Author(s): Hironori Kouno, Kenichiro Tateishi, Tomohiro Uesaka, Nobuhiro Yanai, Nobuo Kimizuka
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] Air-stable Photon Upconversion in Water Based on Ion Pairing (2018)
  • Author(s): Hironori Kouno, Nobuhiro Yanai, Nobuo Kimizuka
  • Organizer: SPIE conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Near infrared-to-visible aqueous photon upconversion based on hydrophobic pairing (2018)
  • Author(s): Hironori Kouno, Yoichi Sasaki, Nobuhiro Yanai and Nobuo Kimizuka
  • Organizer: 2018 年光化学討論会
• [Presentation] イオン対形成に基づく水中フォトン・アップコンバージョン分子システムの設計 (2017)
  • Author(s): 河野宏徳、楊井伸浩、君塚信夫
  • Organizer: 第66回高分子年次大会
• [Presentation] 疎水性イオン対形成に基づく水中フォトン・アップコンバージョン分子システム (2017)
  • Author(s): 河野宏徳、楊井伸浩、君塚信夫
  • Organizer: 第38回光化学若手の会
• [Presentation] Aqueous photon upconversion molecular systems with oxygen blocking ability (2017)
  • Author(s): Hironori Kouno, Nobuhiro Yanai, Nobuo Kimizuka
  • Organizer: 柔らかな分子系第5回公開シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 水中自己組織化に基づく励起三重項の保護とフォトン・アップコンバージョン (2017)
  • Author(s): 河野宏徳、楊井伸浩、君塚信夫
  • Organizer: 第66回高分子討論会
• [Presentation] A supramolecular design for aqueous photon-upconversion system (2017)
  • Author(s): Hironori Kouno, Nobuhiro Yanai, Nobuo Kimizuka
  • Organizer: 5th CMS International Symposium on Photofunctional Chemistry and Molecular Systems
  • Int'l Joint Research
• [Patent(Industrial Property Rights)] 組成物、動的核偏極用組成物、高偏極化組成物、物質の高偏極化方法、高偏極化した物質およびNMR測定方法 (2020)
  • Inventor(s): 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他6名
  • Industrial Property Rights Holder: 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他6名
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2020-034326
  • Filing Date: 2020
• [Patent(Industrial Property Rights)] 組織物および複合体 (2019)
  • Inventor(s): 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他5名
  • Industrial Property Rights Holder: 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他5名
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-036868
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 動的核偏極の偏極源、組成物、動的核偏極用組成物、高偏極化方法、高偏極化した物質およびNMR測定法 (2019)
  • Inventor(s): 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他5名
  • Industrial Property Rights Holder: 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他5名
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-036869
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 組織物および複合体 (2019)
  • Inventor(s): 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他5名
  • Industrial Property Rights Holder: 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他5名
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019
• [Patent(Industrial Property Rights)] 動的核偏極の偏極源、組成物、動的核偏極用組成物、高偏極化方法、高偏極化した物質およびNMR測定法 (2019)
  • Inventor(s): 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他5名
  • Industrial Property Rights Holder: 楊井伸浩、君塚信夫、河野宏徳、他5名
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019