ナノカーボンの分子変換による革新的近赤外発光プローブの創製

• 研究課題/領域番号: 26286012
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料化学
• 研究機関: 東京学芸大学
• 研究代表者: 前田 優 東京学芸大学, 教育学部, 准教授 (10345324)
• 連携研究者: 山田 道夫 東京学芸大学, 教育学部, 准教授 (00583098)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 近赤外光 / 近赤外蛍光 / 化学修飾 / ラマンスペクトル / 熱重量分析 / ラマン分光 / 蛍光 / 発光

研究成果の概要

近赤外発光は、リアルタイムで生体内を可視化するバイオイメージングにおいて注目されている。本研究では、カーボンナノチューブの近赤外発光の制御を目的に、光酸化および二段階還元的アルキル化、一段階還元的アルキル化反応を行った。適切な化学修飾率において、これらのSWNTs付加体から高効率の近赤外発光が生じることを見出した。SWNTs付加体の化学修飾率の制御には、嫌気下での熱処理が有効であった。カーボンナノチューブ上に導入した付加基の位置関係によって近赤外蛍光のストークスシフト量を制御できること、このストークスシフト量は発光寿命とup conversion発光効率の重要な因子であることを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Xi'an Jiaotong University(中国)
• [雑誌論文] Effect of Substituents and Initial Degree of Functionalization of Alkylated Single-Walled Carbon Nanotubes on their Thermal Stability and Photoluminescence Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Maeda, Yuya Takehana, Jing Dong Guo, Mitsuaki Suzuki, Michio Yamada
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 23 号: 8 ページ: 1789-1794
  • DOI: 10.1002/chem.201604282
  • NAID: 120006455237
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature Dependence of Anisotropic Transient Conductivity of La@C2v-C82(Ad) Crystal (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamada, Michio; Sato, Satoru; Choi, Wookjin; Seki, Shu; Abe, Tsuneyuki; Suzuki, Mitsuaki; Maeda, Yutaka; Nagase, Shigeru; Akasaka, Takeshi
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 97-975
  • DOI: 10.1246/cl.170279
  • NAID: 130005709474
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal Stability of Oxidized Single-Walled Carbon Nanotubes: Competitive Elimination and Decomposition Reaction Depending on the Degree of Functionalization (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Maeda, Erika Sone, Akane, Nishino, Wei-Wei Wang, Michio Yamada, Mitsuaki Suzuki, Jun Matsui, Masaya Mitsuichi, Toshiya Okazaki, Shigeru Nagase
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 号: 43 ページ: 15373-15379
  • DOI: 10.1002/chem.201602944
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Tuning of the photoluminescence and up-conversion photoluminescence properties of single-walled carbon nanotubes by chemical functionalization (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeda, S. Minami, Y. Takehana, J-S. Dang, S. Aota, K. Matsuda, Y. Miyauchi, M. Yamada, M. Suzuki, R-S. Zhao, X. Zhaod, S. Nagase
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 8 号: 38 ページ: 16916-16921
  • DOI: 10.1039/c6nr04214g
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Control of the photoluminescence properties of single-walled carbon nanotubes by alkylation and subsequent thermal treatment (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeda, Y. Takehara, M. Yamada, M. Suzuki, T. Murakami
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 51 号: 70 ページ: 13462-13465
  • DOI: 10.1039/c5cc04020e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation and Characterization of [5,6]-Pyrrolidino-Sc_3N@Ih-C_<80> Diastereomers (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeda, M. Kimura, C. Ueda, M. Yamada, T. Kikuchi, M. Suzuki, W.-W. Wang, N. Mizorogi, N. Karousis, N. Tagmatarchis, T. Hasegawa, M.M. Olmstead, A.L. Balch, S. Nagase, and T. Akasaka
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 50 号: 83 ページ: 12552-12555
  • DOI: 10.1039/c4cc04946b
  • 査読あり
• [学会発表] 酸化単層カーボンナノチューブの修飾率に依存する競争的な脱離と分解反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前田優、曽根絵理香、西野朱音、天谷優里、Wang Wei-Wei、山田道夫、鈴木光明、松井淳、三ツ石方也、岡崎俊也、永瀬茂
  • 学会等名: 第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
• [学会発表] Photochemical addition of siliranes to Sc3N@Ih-C80: Interconversion of the [6,6]- and [5,6]-adducts (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉浦健、宮部恭輔、加固昌寛、安井正憲、山田道夫、前田優、Jingdong Guo、永瀬茂、赤阪健
  • 学会等名: 第52回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
• [学会発表] 単層カーボンナノチューブのアルキル化による発光特性の制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前田優、武塙祐哉、山田道夫、鈴木光明、村上達也
  • 学会等名: 第27回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場（広島県広島市中区）
• [学会発表] Control of photoluminescence properties of single-walled carbon nanotubes (2016)
  • 著者名/発表者名: 前田優、武塙祐哉、西野朱音、南峻、山田道夫、鈴木光明、永瀬茂
  • 学会等名: 第51回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 北海道立道民活動センター かでる2・7（北海道札幌市中央区）
• [学会発表] 化学修飾によるカーボンナノチューブの機能化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前田優
  • 学会等名: 第65回高分子討論会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス（横浜市神奈川区）
• [学会発表] Contorol of photoluminescence properties of single-walled carbon nanotubes by chemical functionalization (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Maeda, Yuya Takehana, Shun Minami, Akane Nishino, Jing-S. Dang, Wai-W. Wang, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi, Michio Yamada, Mitsuaki Suzuki, Xiang, Zhao, Shigeru Nagase
  • 学会等名: CNT25 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON CARBON NANOTUBE in Commemoration of its Quarter-Century Anniversary
  • 発表場所: 東工大蔵前会館（東京都目黒区）
  • 国際学会
• [学会発表] Selectivity in photochemical reactions of single-walled carbon nanotubes with organic compounds (2015)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Maeda, Erika Sone, Yuri Amagai, Yuhei Hasuike, Michio Yamada, Mitsuaki Suzuki, Takeshi Akasaka, Kei Ohkubo, Shunichi Fukuzumi
  • 学会等名: The Sicteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes (NT15)
  • 発表場所: 名古屋（名古屋大学）
  • 年月日: 2015-06-29
  • 国際学会
• [学会発表] フラーレン還元体とベンジルブロミド誘導体の反応 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秋田冴香・前田 優・山田道夫・鈴木光明
  • 学会等名: 日本化学会第95回春季年会
  • 発表場所: 船橋・日本大学
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] 光酸化した単層カーボンナノチューブの評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 曽根絵理香・前田 優・山田道夫・鈴木光明
  • 学会等名: 日本化学会第95回春季年会
  • 発表場所: 船橋・日本大学
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] Photoreaction of Single-Walled Carbon Nanotubes with Organic Compounds (2014)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Maeda, Yuri Amagai, Yuhei Hasuike, Michio Yamada, Tadashi Hasegawa, Takeshi Akasaka, Kei Ohkubo, Shunnich Fukuzumi
  • 学会等名: International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic pi-Molecules and Materials
  • 発表場所: 京都・京都大学
  • 年月日: 2014-10-19
• [学会発表] ケイ素化合物を用いたナノカーボンの化学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 前田 優
  • 学会等名: 第18回ケイ素化学協会シンポジウム
  • 発表場所: 那須・ラフォーレ那須
  • 年月日: 2014-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] 常磁性内包フラーレンSc3C2@C80とベンジルブロミドの付加反応とその誘導体の構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木光明・Hailin Cong・溝呂木直美・山田道夫・前田優・Marilyn M. Olmstead・Alan L. Balch・永瀬茂・Xing Lu・赤阪健
  • 学会等名: 第25回基礎有機化学討論会要旨集
  • 発表場所: 仙台・東北大学
  • 年月日: 2014-09-07
• [学会発表] C602-とベンジルブロミド誘導体の反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 秋田冴香・坂本航大・鈴木光明・山田道夫・前田優
  • 学会等名: 第25回基礎有機化学討論会要旨集
  • 発表場所: 仙台・東北大学
  • 年月日: 2014-09-07
• [図書] フラーレンの化学（化学の要点シリーズ） (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤阪 健、山田道夫、前田優、永瀬 茂
  • 総ページ数: 182
  • 出版者: 共立出版
• [図書] Chemical Science of π-Electron Systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Maeda, Takeshi Akasaka
  • 総ページ数: 777
  • 出版者: Springer
• [図書] 導電性フィラー、導電助剤の分散性向上、評価、応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前田 優、山田道夫、鈴木光明
  • 総ページ数: 513
  • 出版者: 技術情報協会
• [備考] MAEDA & YAMADA LABORATORY
  • URL: http://www.u-gakugei.ac.jp/~ymaeda/orgchem/index.html