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生物医学及びセンシングアプリケーション向け刺激応答性ポルフィリンポリマーシステム

研究課題

研究課題/領域番号 22KF0385
補助金の研究課題番号 22F21764 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分外国
審査区分 小区分32020:機能物性化学関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

Labuta Jan  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主任研究員 (00720690)

研究分担者 VELYCHKIVSKA NADIIA  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2022年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードPolymers / Hydrogel / Energy storage / Supercapacitor / Porosity / Fluorescence / NADPH / Bioorthogonal chemistry / Porphyrins / Phase separation / Sensing
研究開始時の研究の概要

This research aims to design and synthesize stimuli-responsive porphyrin-polymer conjugates. These conjugates comprise a hydrophilic biocompatible polymer with a photoactive porphyrin unit. The physicochemical properties of these molecules will be studied. In particular, the possibility of their use as photodynamic therapy (PDT) agents (i.e. singlet oxygen generators for cancer treatment). These molecules with a dual porphyrin-polymer nature are expected to be useful for various sensing (pH, anion, impurity) or imaging (MRI) applications.

研究実績の概要

The investigated objectives were stretched to the field of hydrogels. We synthesized an ultrahigh surface area hierarchically porous carbon materials, prepared by potassium carbonate activation of polyacrylamide-hydroxy propyl cellulose hydrogel at high temperatures (500-900 °C) and explored their energy storage performances. The carbon material obtained has an ultrahigh surface area of 3387.2 m2 g-1 and a large pore volume of 1.963 cm3 g-1. The material showed an excellent supercapacitance performance (545.5 F g-1 at 1 A g-1 current density) with superior rate capability and an outstanding cycling stability of 96.3% after 5000 charge-discharge cycles. The electrochemical properties indicate that hierarchically porous carbons obtained from hydrogels are promising materials for high-performance supercapacitor applications.

Furthermore, we have used the kinetic schemes developed in 2022 (Scientific Reports, 2022, 12:17369, 1-15) to study the kinetics of the ubiquinone-rhodol (Q-Rh) fluorescence probe. The Q-Rh probe was used to monitor the activation of nicotinamide adenine (NADPH) within HeLa cancer cells. This activation can be further promoted (enhanced) by Ir(III)-complex (i.e. [(η5-C5Me5)Ir(phen)(H2O)]2+). The activation of NADPH with simultaneous monitoring of this process can exploit unique chemical reactions within cells. This concept stands in contrast to the conventional, widely recognized concept of biorthogonal chemistry. We have coined the term “bioparallel chemistry” to differentiate this approach.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Ultrahigh Surface Area Hierarchically Porous Carbon Materials from Polyacrylamide-Cellulose Hydrogel for High-Performance Supercapacitors2024

    • 著者名/発表者名
      Velychkivska Nadiia、Golunova Anna、Panda Atanu、Shinde Pragati A.、Ma Renzhi、Ariga Katsuhiko、Yamauchi Yusuke、Hill Jonathan P.、Labuta Jan、Shrestha Lok Kumar
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 7 号: 7 ページ: 2906-2917

    • DOI

      10.1021/acsaem.4c00141

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Kinetic study of NADPH activation using ubiquinone-rhodol fluorescent probe and an Ir(III)-complex promoter at the cell interior2023

    • 著者名/発表者名
      Komatsu Hirokazu、Velychkivska Nadiia、Shatan Anastasiia B.、Shindo Yutaka、Oka Kotaro、Ariga Katsuhiko、Hill Jonathan P.、Labuta Jan
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 13 号: 48 ページ: 34012-34019

    • DOI

      10.1039/d3ra05412h

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Phase Separation and pH-Dependent Behavior of Four-Arm Star-Shaped Porphyrin-PNIPAM4 Conjugates2022

    • 著者名/発表者名
      Velychkivska Nadiia、Sedlacek Ondrej、Shatan Anastasiia B.、Spasovova Monika、Filippov Sergey K.、Chahal Mandeep K.、Janisova Larisa、Brus Jiri、Hanykova Lenka、Hill Jonathan P.、Winnik Francoise M.、Labuta Jan
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 55 号: 6 ページ: 2109-2122

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.1c02188

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] NMR lineshape analysis using analytical solutions of multi-state chemical exchange with applications to kinetics of host-guest systems2022

    • 著者名/発表者名
      Brezina Vaclav、Hanykova Lenka、Velychkivska Nadiia、Hill Jonathan P.、Labuta Jan
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1038/s41598-022-20136-4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Physicochemical study of water-soluble porphyrin-PNIPAM4 conjugates: pH-dependent behavior and phase-separation phenomenon2023

    • 著者名/発表者名
      Nadiia Velychkivska
    • 学会等名
      7th International Symposium Frontiers in Polymer Science
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Physicochemical study of water-soluble porphyrin-PNIPAM4 conjugates: phase-separation phenomenon and pH-responsiveness2023

    • 著者名/発表者名
      Nadiia Velychkivska
    • 学会等名
      6th International Conference on Recent Trends in Materials and Devices (ICRTMD 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Physicochemical Analysis of Star-Shaped Porphyrin-PNIPAM4 Conjugates: Phase-Separation and pH-Dependent Phenomena2022

    • 著者名/発表者名
      Nadiia Velychkivska, Jan Labuta
    • 学会等名
      25th IUPAC Conference on Physical Organic Chemistry (ICPOC25)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase Separation and pH-dependent Behavior of Star-Shaped Porphyrin-PNIPAM4 Conjugates2022

    • 著者名/発表者名
      Jan Labuta, Nadiia Velychkivska
    • 学会等名
      84th Prague Meeting on Macromolecules: Frontiers of Polymers Colloids 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phase-Separable and pH-Sensitive Star-Shaped Porphyrin-PNIPAM Conjugates2022

    • 著者名/発表者名
      Jan Labuta, Nadiia Velychkivska
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-07-28   更新日: 2024-12-25  

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