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2017 年度 実施状況報告書

非イオン性二分子膜の光磁気機能材料化へ向けた界面電子移動の研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K05384
研究機関新潟大学

研究代表者

三浦 智明  新潟大学, 自然科学系, 助教 (80582204)

研究期間 (年度) 2015-10-21 – 2019-03-31
キーワード光誘起電子移動 / 非イオン性二分子膜 / 磁場効果 / 多段階電子移動 / 膜形態制御
研究実績の概要

光磁気応答ドラッグデリバリーおよび人工光合成の実現に向けた非イオン性二分子膜(ニオソーム)電子移動系の研究を引き続き行った。前年度は、亜鉛ポルフィリン色素と、無毒かつ膜に強吸着されるコエンザイムQ10を用いた電子移動系において、長寿命電荷分離状態および磁場効果を観測した。これを人工光合成へ向けた多段階電子移動系に発展させるため、コエンザイムQ10を、より還元されづらいビタミンK1に替えた実験を行った。コエンザイムQ10系同様、光照射により膜内における長寿命電荷分離状態(~2 us)生成が観測され、顕著な正の磁場効果が観測された。ここに水溶性電子受容体であるジエチルビオロゲン、またはやや親水性の低いジオクチルビオロゲンを添加したところ、光生成電荷分離状態のビタミンK1ラジカルアニオンからビオロゲン誘導体への電子移動が起こり、ビオロゲンフリーラジカルの生成が観測された。また、正の磁場効果もビオロゲンラジカルへ移動した。電子移動効率はジオクチルビオロゲンの方が高く、膜への吸着ダイナミクスの違いによるものと考えられる。ここで得られた知見を応用すれば、膜界面を利用した光水素発生、および磁場による高効率化が可能になると期待される。
ドラッグデリバリー応用に向け、水溶性薬剤を多く内包できるよう、コレステロールを多く添加してサイズの大きい膜を調製した。この膜を用いた亜鉛ポルフィリン‐ビタミンK1間の光誘起電子移動でも長寿命電荷分離状態、および磁場効果が観測された。この系では、光照射に伴い徐々に寿命や磁場効果が減少する光劣化が観測された。しかし、光劣化後もポリフィリン、キノンともに化学変化は見られないことから、光反応によって膜の物性に変化が生じたものと考えられる。このことは光と磁場による膜形態制御の可能性を示しており、ドラッグデリバリーへの応用が期待できる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

非イオン性二分子膜を用いた光磁気応答型ドラッグデリバリー、および人工光合成へとつながる電子移動系開発に成功した。今後の詳細な機構解明研究からこれらの実現に向けた知見が得られるものと期待される。

今後の研究の推進方策

多段階電子移動系に関してはスピン動力学シミュレーションを行い、電子移動ダイナミクスおよび磁場効果の制御機構を明らかにする研究を行う。膜形態の光制御に関しては、蛍光プローブ等を用いて、光反応による膜形態変化の詳細を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

光機能性材料化へ向けた新規二分子膜カプセル電子移動系の創製に成功したが、再現実験を含む追加の実験およびそれに必要な装置のメンテナンスが必要である。また、研究成果に関する論文を現在執筆中であり、学会発表も行う予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Benzimidazolium Naphthoxide Betaine Is a Visible Light Promoted Organic Photoredox Catalyst2018

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Eietsu、Izumiya Norihiro、Miura Tomoaki、Ikoma Tadaaki、Iwamoto Hajime、Takizawa Shin-ya、Murata Shigeru
    • 雑誌名

      The Journal of Organic Chemistry

      巻: 83 ページ: 3921~3927

    • DOI

      10.1021/acs.joc.8b00282

    • 査読あり
  • [学会発表] Gigantic Magnetic Field Effect on Long-Lived Charge Separated States Created at a Nonionic Vesicle Interface2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Miura, Kiminori Maeda, Tadaaki Ikoma
    • 学会等名
      15th International Symposium on Spin and Magnetic Field Effects in Chemistry and Related Phenomena
    • 国際学会
  • [学会発表] 白金錯体-ドナー-アクセプター連結系における巨大磁場効果2017

    • 著者名/発表者名
      三浦智明, 宮路希生, 岡田惠次, 生駒忠昭
    • 学会等名
      第56回 電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] 磁気インピーダンス分光によるP3HT:PCBM系有機薄膜太陽電池におけるキャリア動力学の研究2017

    • 著者名/発表者名
      工藤尚輝・東海林良太・脇川祐介・三浦智明・生駒忠昭
    • 学会等名
      第56回 電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] para-アニリニルベンゾホスホールの励起状態2017

    • 著者名/発表者名
      近成彦・茂木祐太・俣野善博・蔡佳容・三浦智明・生駒忠昭
    • 学会等名
      第56回 電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] 過渡吸収・光伝導同時測定による有機バルクヘテロ接合薄膜のスピンおよびキャリアダイナミクスの研究2017

    • 著者名/発表者名
      秋山諒弥・三浦智明・生駒忠昭
    • 学会等名
      第56回 電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] P3HT:PCBM有機太陽電池における磁気伝導効果の励起光依存性2017

    • 著者名/発表者名
      東海林良太・三浦智明・生駒忠昭
    • 学会等名
      第56回 電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] The Origin of Magnetoconductance in Solar Cell of Organic Thin Film Using P3HT and PCBM2017

    • 著者名/発表者名
      Ryota Shoji, Takuya Omori, Yusuke Wakikawa, Tomoaki Miura, Tadaaki Ikoma
    • 学会等名
      15th International Symposium on Spin and Magnetic Field Effects in Chemistry and Related Phenomena
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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