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2018 年度 実績報告書

新規近赤外長残光蛍光体の開発と生体イメージングへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 18F18051
研究機関京都大学

研究代表者

田部 勢津久  京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (20222119)

研究分担者 XU JIAN  京都大学, 人間・環境学研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
キーワード長残光 / 蛍光体 / 近赤外 / エネルギー移動 / 生体イメージング / 遷移金属 / 希土類 / 電子遷移
研究実績の概要

2018年度はLaAlO3組成のペロブスカイト結晶中のCr3+またはCe3+イオンからの励起3dや5dエネルギー準位からの持続的エネルギー移動を利用することにより,Ho3+イオン(波長1.2 um)とEr3+イオン(1.5 um)の4f-4f電子遷移に基づく近赤外長残光を実現することに成功した.
これらの発光波長は,生体窓における第2窓(1.0-1.35 μm)と第3窓(1.5-1.8 μm)に相当しているため,1.0μmを超える長波長による,高分解能で深部観察可能なインヴィヴォイメージングの可能性を切り開く成果である.
長残光蛍光体に関する我々(代表者田部と特別研究員Xuの)2名連名による招待総説論文が Journal of Luminescence, 205 (2019) 581-620.(Elsevier出版)に出版された.
とりわけ,最近我々が開発した,波長1000 nmを超える長波長域における長残光蛍光を初めて紹介した.その成果とはガーネット結晶中における Nd3+ イオン(1.06 μm)とEr3+ イオン(1.53 μm)の長残光蛍光であり,可視域で残光性能を示すCe3+イオンからの持続的エネルギー移動を巧みに利用することにより,発光中心として原子価3価が極めて安定で,光イオン化が起こらない,Nd3+,Er3+両イオンにおいて,近赤外波長域で長残光を実現したという成果である.

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

The relationship between host phonon energy and electron trapping centers was found to play important roles of the Ho3+ PersL in LaAlO3/LaGaO3 perovskites, which gives a new insight into the design concept of persistent phosphors working in the NIR-II/III regions, especially targeting for the “desirable” electromagnetic transition (e.g., Ho3+: 5I6→5I8 at 1.2 μm) instead of the “undesirable” one (e.g., Ho3+: 5I7→5I8 at 2.0 μm). These results demonstrated in the flexible ABX3 perovskites could give a vivid example to choose suitable material hosts, electron trapping centers and energy donor-acceptor combinations toward long PersL in the NIR region (>1000 nm).

今後の研究の推進方策

2018年度の成果に基づき,2019年度は二つのテーマを推進する予定である.
近赤外長残光を示す蛍光体組成で,ガーネット,ペロブスカイトナノ結晶を合成し,粒径分布やゼータ電位を含む,ナノ粒子の微細構造を調査,また試料の蛍光,励起,反射率スペクトル,蛍光寿命の温度依存性,残光減衰曲線を測定する.
ナノ蛍光プローブを用いて,共同研究チームと共同でマウスを用いた第2,第3生体窓波長でのインヴィヴォイメ-ジング実験を行い,細胞耐性,毒性と併せ,生体プローブとしての実用性を評価する.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 7件、 査読あり 7件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Chimie ParisTech (CNRS)(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Chimie ParisTech (CNRS)
  • [雑誌論文] Persistent luminescence instead of phosphorescence: History, mechanism, and perspective2019

    • 著者名/発表者名
      J. Xu, S. Tanabe,
    • 雑誌名

      J. Lumin.

      巻: 205 ページ: 581-620

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2018.09.047

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Local coordination, electronic structure and thermal quenching of Ce3+ in isostructural Sr2GdAlO5 and Sr3AlO4F phosphors2019

    • 著者名/発表者名
      H. Ji, J. Xu, K.Asami, J. Ueda, M.G. Brik, S. Tanabe
    • 雑誌名

      Journal of American Ceramic Society

      巻: 102 ページ: 1316-1328

    • DOI

      DOI:10.1111/jace.15985

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 1.5 μm persistent luminescence of Er3+ in Gd3Al5-xGaxO12 (GAGG) garnets via persistent energy transfer2019

    • 著者名/発表者名
      J. Xu, D. Murata, J. Ueda, S. Tanabe
    • 雑誌名

      Proc. SPIE 10914, Optical Components and Materials XVI

      巻: 10914 ページ: 10914-1-14

    • DOI

      DOI: 10.1117/12.2505759

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 1.2 um persistent luminescence of Ho3+ in LaAlO3 and LaGaO3 perovskites2018

    • 著者名/発表者名
      J. Xu, D. Murata, B. So, K. Asami, J. Ueda, J. Heo, S. Tanabe
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 6 ページ: 11374-11383

    • DOI

      DOI: 10.1039/C8TC04393K

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Tailoring trap depth and emission wavelength in Y3Al5-xGaxO12:Ce3+,V3+ phosphor-in-glass films for optical information storage2018

    • 著者名/発表者名
      W. Li, Y. Zhuang, P. Zheng, T.-L. Zhou, J. Xu, J. Ueda, S. Tanabe, L. Wang, R.-J. Xie
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 10 ページ: 27150-27159

    • DOI

      DOI:10.1021/acsami.8b10713

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Toward rechargeable persistent luminescence for the first and third biological windows via persistent energy transfer and electron trap redistribution2018

    • 著者名/発表者名
      J. Xu, D. Murata, J. Ueda, B. Viana, S. Tanabe
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 57 ページ: 5194-5203

    • DOI

      DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00218

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] LaAlO3:Cr3+, Sm3+: nano-perovskite with persistent luminescence for in vivo optical imaging2018

    • 著者名/発表者名
      M. Pellerin, E. Glaisa, T. Lecuyer, J. Xu, J. Seguin, S. Tanabe, C. Chaneac, B. Viana, C. Richard
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 202 ページ: 83-88

    • DOI

      DOI: 10.1016/j.jlumin.2018.05.024

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Persistent luminescence over 1000 nm in Garnets (invited)2019

    • 著者名/発表者名
      J.Xu, S.Tanabe
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Toward tunable and bright deep-red persistent luminescence of Cr3+ in garnets2018

    • 著者名/発表者名
      J. Xu, J. Ueda, S. Tanabe
    • 学会等名
      MS&T’18
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication and Persistent Luminescence Properties of Garnet Transparent Ceramics for White LED2018

    • 著者名/発表者名
      J. Xu, J. Ueda, S. Tanabe
    • 学会等名
      14th Laser Ceramics Symposium (LCS2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Persistent Luminescence over 1000 nm in LaAlO3 Perovskite2018

    • 著者名/発表者名
      J. Xu, D. Murata, J. Ueda, S. Tanabe
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cr3+/Nd3+ co-doped LaAlO3 perovskite phosphor: a multi-wavelength long persistent luminescence probe covering the first and second biological windows2018

    • 著者名/発表者名
      J. Xu, D. Murata, J. Ueda, S. Tanabe
    • 学会等名
      The 4th International Workshop on Persistent and Photostimulable Phosphors (2018)
    • 国際学会
  • [備考] 京都大学田部研究室HP

    • URL

      www.talab.h.kyoto-u.ac.jp

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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