フォトクロミズムを用いた複合応答蛍光スイッチング分子システムの創出

• 研究領域: 高次複合光応答分子システムの開拓と学理の構築
• 研究課題/領域番号: 15H01096
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 森本 正和 立教大学, 理学部, 准教授 (70447126)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2016年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
• キーワード: フォトクロミズム / ジアリールエテン / 超分子化学 / 光スイッチ / １分子計測(SMD) / １分子計測

研究実績の概要

蛍光スイッチングジアリールエテンを基本骨格として用いて、超解像蛍光顕微鏡の蛍光プローブに適用できる蛍光スイッチング分子システムを創出することを目的とした。ジアリールエテン誘導体について、光反応量子収率に対する反応点置換基の効果、イオン性置換基の導入による水溶化、および可視光照射による閉環反応の誘起を検討した。
反応点にイソブチル基を有するジアリールエテンを新規に合成し、光反応量子収率に対する反応点置換基の効果を検討した。反応点にイソブチル基を導入すると、従来のエチル基を有する分子に比べて、光閉環反応量子収率および閉環体の蛍光量子収率は大きく減少することなく、光開環反応量子収率が増大することを見出した。光開環反応量子収率を制御する上での反応点置換基の有効性が示唆された。
バイオイメージングへの応用に向けて、スルホン酸ナトリウムを有する水溶性ジアリールエテンを合成した。この分子は水に溶解し、水中においてフォトクロミズムと蛍光スイッチングを示した。
新しい光励起法として、可視光の照射によるジアリールエテンの閉環反応の誘起について検討した。光開環反応量子収率が著しく小さいジアリールエテン誘導体の溶液に可視光を照射すると、低い反応変換率で閉環体が生成することが観測された。この分子を染み込ませたろ紙やこの分子の単結晶についても、可視光の照射による閉環体の生成が認められた。A01宮坂グループとの共同研究により、蛍光スイッチングジアリールエテンに対して単一波長の可視レーザー光を照射した際の蛍光挙動を観測したところ、光異性化反応に伴う単一分子レベルでの蛍光ON/OFFスイッチングが観測され、その蛍光スポットを解析・積算することで超解像蛍光画像を構築できることが分かった。
超解像蛍光顕微鏡への応用に向けた分子設計指針を明らかにし、可視光照射による単一光源型超解像蛍光顕微鏡の可能性を見出した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Turn-on mode fluorescent diarylethenes: Control of the cycloreversion quantum yield (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuta Takagi, Masakazu Morimoto, Ryota Kashihara, Sae Fujinami, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 印刷中 号: 33 ページ: 4918-4924
  • DOI: 10.1016/j.tet.2017.03.040
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] One-colour control of activation, excitation and deactivation of a fluorescent diarylethene derivative in super-resolution microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuhei Arai, Syoji Ito, Hajime Fujita, Yusuke Yoneda, Takahiro Kaji, Satoshi Takei, Ryota Kashihara, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Hiroshi Miyasaka
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 53 号: 29 ページ: 4066-4069
  • DOI: 10.1039/c6cc10073b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Diastereoselective photocyclization of a photochromic diarylethene having a benzo[b]phosphole P-oxide group (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ichikawa, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Dyes and Pigments 巻: 137 ページ: 214-220
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2016.10.010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 光駆動分子結晶アクチュエーター：分子マシンをめざす1つの試み (2016)
  • 著者名/発表者名: 森本正和、入江正浩
  • 雑誌名: 有機合成化学協会誌 巻: 74 号: 12 ページ: 1217-1224
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.74.1217
  • NAID: 130005251194
  • ISSN: 0037-9980, 1883-6526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Turn-on mode fluorescence photoswitching of diarylethene single crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto, Ryota Kashihara, Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi, Jiro Abe, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 18 号: 38 ページ: 7241-7248
  • DOI: 10.1039/c6ce00725b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoinduced topographical changes on microcrystalline surfaces of diarylethenes (2016)
  • 著者名/発表者名: Noriko Fujinaga, Naoki Nishikawa, Ryo Nishimura, Kengo Hyodo, Seiji Yamazoe, Yuko Kojima, Kazuki Yamamoto, Tsuyoshi Tsujioka, Masakazu Morimoto, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 18 号: 38 ページ: 7229-7235
  • DOI: 10.1039/c6ce00718j
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photosalient effect of a diarylethene with a perfluorocyclohexene ring (2016)
  • 著者名/発表者名: Eri Hatano, Masakazu Morimoto, Kengo Hyodo, Nobuhiro Yasuda, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura, Kingo Uchida
  • 雑誌名: Chemistry-A European Journal 巻: 22 号: 36 ページ: 12680-12683
  • DOI: 10.1002/chem.201603020
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Emission color tuning and white-light generation based on photochromic control of energy transfer reactions in polymer micelles (2016)
  • 著者名/発表者名: Magnus Balter, Shiming Li, Masakazu Morimoto, Sicheng Tang, Jordi Hernando, Gonzalo Guirado, Masahiro Irie, Francisco M. Raymo, Joakim Andreasson
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 7 号: 9 ページ: 5867-5871
  • DOI: 10.1039/c6sc01623e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photoinduced reversible formation of a superhydrophilic surface by crystal growth of diarylethene (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Takase, Kengo Hyodo, Masakazu Morimoto, Yuko Kojima, Hiroyuki Mayama, Satoshi Yokojima, Shinichiro Nakamura and Kingo Uchida
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 52 号: 42 ページ: 6885-6887
  • DOI: 10.1039/c6cc01638c
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 1D chains of lanthanoid ions and a dithienylethene ligand showing slow relaxation of the magnetization (2016)
  • 著者名/発表者名: Mudasir Ahmad Yatoo, Goulven Cosquer, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Brian K. Breedlove, Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: Magnetochemistry 巻: 2 号: 2 ページ: 21-21
  • DOI: 10.3390/magnetochemistry2020021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photo-activation of single molecule magnet behavior in a manganese-based complex (2016)
  • 著者名/発表者名: Ahmed Fetoh, Goulven Cosquer, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie, Ola El-Gammal, Gaber Abu El-Reash, Brian K. Breedlove, Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep23785
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photochromism of diarylethene derivatives having benzophosphole and benzothiophene groups (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ichikawa, Masakazu Morimoto, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Dyes and Pigments 巻: 126 ページ: 186-193
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2015.11.023
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluorescent photochromic diarylethene that turns on with visible light (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaki Sumi, Tomohiro Kaburagi, Masakazu Morimoto, Kanako Une, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 17 号: 19 ページ: 4802-4805
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.5b02361
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Light-driven bending of diarylethene mixed crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoko Ohshima, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • 雑誌名: Chemical Sciences 巻: 6 号: 10 ページ: 5746-5752
  • DOI: 10.1039/c5sc01994j
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two-colour fluorescent imaging in organisms using self-assembled nano-systems of upconverting nanoparticles and molecular switches (2015)
  • 著者名/発表者名: Tuoqi Wu, Bob Johnsen, Zhaozhao Qin, Masakazu Morimoto, David Baillie, Masahiro Irie, Neil R. Branda
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 7 号: 26 ページ: 11263-11266
  • DOI: 10.1039/c5nr03058g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Photomechanical Performance of Diarylethene Single Crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会 Asian International Symposium -Organic Crystals-
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市港北区日吉）
  • 年月日: 2017-03-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 親水性置換基を有する蛍光性ジアリールエテンの合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤浪紗栄、稲留徹、高木祐太、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市港北区日吉）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] 蛍光性ジアリールエテンの光反応量子収率に対する置換基効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高須翔也、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学日吉キャンパス（神奈川県横浜市港北区日吉）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Turn-on mode fluorescence photoswitching of diarylethene single crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto, Ryota Kashihara, Katsuya Mutoh, Yoichi Kobayashi, Jiro Abe, Hikaru Sotome, Syoji Ito, Hiroshi Miyasaka, Masahiro Irie
  • 学会等名: International Symposium on Photochromism 2016 (ISOP 2016)
  • 発表場所: East China University of Science and Technology (ECUST), Shanghai, China
  • 年月日: 2016-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] 蛍光性ジアリールエテン単結晶のフォトクロミズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 樫原遼太、森本正和、武藤克也、小林洋一、阿部二朗、五月女光、伊都将司、宮坂博、入江正浩
  • 学会等名: 2016年光化学討論会
  • 発表場所: 東京大学駒場第一キャンパス（東京都目黒区駒場）
  • 年月日: 2016-09-06
• [学会発表] ベンゾホスホール基を有するジアリールエテンのフォトクロミズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 市川智浩、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 蛍光性ジアリールエテン単結晶のフォトクロミズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 樫原遼太、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 蛍光性ジアリールエテンの水中におけるフォトクロミズムと蛍光特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲留徹、八木亮、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京田辺市）
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Photomechanical performance of diarylethene single crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto
  • 学会等名: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem)
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and photochromic properties of diarylethenes having a benzophosphole group (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ichikawa, Masakazu Morimoto, Masahiro Irie
  • 学会等名: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem)
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] 可視光応答型蛍光性ジアリールエテンの合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 蕪木智弘、須見貴樹、宇根佳奈子、五月女光、伊都将司、宮坂博、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学杉本キャンパス（大阪市）
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] イオン性置換基を有する水溶性蛍光ジアリールエテンの合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤浪紗栄、高木祐太、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学杉本キャンパス（大阪市）
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] 蛍光性ジアリールエテンの水中におけるフォトクロミック挙動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 稲留徹、八木亮、森本正和、入江正浩
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学杉本キャンパス（大阪市）
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Making and breaking bonds with light in crystals: diarylethene crystals that convert light into mechanical work (2015)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Morimoto
  • 学会等名: Gordon Research Conference - Artificial Molecular Switches and Motors
  • 発表場所: Stonehill College, Massachusetts, USA
  • 年月日: 2015-06-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 立教大学森本研究室ホームページ
  • URL: http://www2.rikkyo.ac.jp/web/m-morimoto/index.html