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2019 年度 実績報告書

近赤外光応答型蛍光性ジアリールエテンの開発に向けた基盤研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H02692
研究機関熊本大学

研究代表者

深港 豪  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (80380583)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードフォトクロミズム / 近赤外光 / 可視光フォトクロミズム / ジアリールエテン / 三重項
研究実績の概要

近年、生体イメージングや超解像イメージングへの応用の観点から、可視光や近赤外光でフォトクロミック反応を示す分子の開発が重要となっている。そのような中、我々のグループでは、ペリレンビスイミド(PBI)色素を連結したジアリールエテン(DAE)誘導体が、PBIユニットのみが光励起される可視光域(450-550 nm)の光を照射すると、その波長に吸収を持たないDAEユニットの光閉環反応が進行することを見出している。当該年度の研究では、この特異な可視光フォトクロミズムのメカニズムを明らかとすることを目的とし、DAE, PBI間のスペーサーの異なる化合物を複数合成し、スペーサーの違いが光反応に及ぼす影響を調べた。
この特異な光反応はヨードエタン、四塩化炭素といった重原子を含む溶媒を用いた場合に光反応転換率が向上することが認められた。この結果は外部重原子効果の寄与を示唆しており、この光反応に三重項が寄与している可能性が考えられた。そこで、スペーサーの異なる複数の化合物を合成し波長532 nmのレーザー光を照射した結果、スペーサーにカルボニル基を含む化合物だけが光閉環反応を示すことが認められた。さらに、エネルギー準位の理論計算を用いてDAE、PBIの一重項、および三重項のエネルギー順位を算出した結果、カルボニル基をスペーサーに含む化合物においては、PBIの一重項S1がDAEの三重項T2よりもわずかに高いことが明らかとなった。これらのことから、この特異な光反応にはエルセイド則が関与していることを強く示唆する結果が得られているものと考えられる。

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

当該年度は我々が見出した特異な可視光フォトクロミズムの反応メカニズムを明らかにすることを目標とし、それに向けてスペーサーの異なる種々の化合物を合成した。その結果、この特異な光反応に三重項が寄与していること、さらにその光反応性にはエルセイド則が関与していることを強く示唆する結果が得られており、光反応メカニズムの一端をとらえたものと考えている。従って、現在までの研究の進捗状況としては、おおむね順調に進展しているものと考えている。

今後の研究の推進方策

今後はこれまでに得られた研究結果に基づき、さらに高効率な可視光フォトクロミズムを示す分子を探索し、過渡吸収等で反応ダイナミクスの直接的な観測の実現を目指す。さらに本研究の最終目標である近赤外光でフォトクロミズムを示す分子の開発に向け、分子軌道計算等を駆使して、異なる蛍光色素をジアリールエテンの組み合わせの可能性を模索する。
次年度中に近赤外光で効率の良いフォトクロミック反応を示す分子に対する最適な分子設計指針を明らかにすることを目標とする。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Multi-color fluorescence photoswitching in fluorescent diarylethene nanoparticles2019

    • 著者名/発表者名
      Ishida, Sanae, Kim, Sunnam, Kurihara, Seiji, Fukaminato, Tuyoshi.
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering

      巻: 11098 ページ: 110980R

    • DOI

      10.1117/12.2531350

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorescence modulation and non-destructive fluorescence readout based on the cooperative orientation of a fluorescent dye in an azobenzene liquid crystalline polymer film2019

    • 著者名/発表者名
      Fukaminato, Tuyoshi, Kato, Tomoe, Kim, Sunnam, Kurihara, Seiji
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering

      巻: 11098, ページ: 1109806

    • DOI

      10.1117/12.2531352

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reversible ON/OFF switching of photoluminescence from CsPbX3 quantum dots coated with silica using photochromic diarylethene2019

    • 著者名/発表者名
      Akaishi Yuji, Pramata Azzah Dyah, Tominaga Shuhei, Kawashima Shimpei, Fukaminato Tuyoshi, Kida Tetsuya
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 55 ページ: 8060-8063

    • DOI

      10.1039/c9cc03797g

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient "turn-off" fluorescence photoswitching in a highly fluorescent diarylethene single crystal2019

    • 著者名/発表者名
      Ishida Sanae, Kitagawa Daichi, Kobatake Seiya, Kim Sunnam, Kurihara Seiji, Fukaminato, Tuyoshi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 55 ページ: 5681-5684

    • DOI

      10.1039/c9cc02441g

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical trapping of nanoparticles using dimer and trimer plasmonic nanogap antennas2019

    • 著者名/発表者名
      Pin Christophe, Takahashi Gen, Fujikawa Seiya, Sudo Kota, Fukaminato Tuyoshi, Sasaki Keiji
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering

      巻: 11141 ページ: OMC-2-04

    • 査読あり
  • [学会発表] 超高感度な蛍光スイッチング特性を有する蛍光性フォトクロミック分子材料の開発2019

    • 著者名/発表者名
      深港 豪
    • 学会等名
      2019年度高分子・ハイブリッド材料研究センター(PHyM)若手フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] Efficient fluorescence photoswitching in photochromic nanoparticles and single crystals2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Fukaminato, Sanae Ishida, Daichi Kitagawa, Seiya Kobatake, Remi Metivier
    • 学会等名
      9th International Symposium on Photochromism (ISOP 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Visible-light photochromism of a perylenebisimide-diarylethene dyad2019

    • 著者名/発表者名
      Issei Ikariko, Kenji Higashiguchi, Takashi Hirose, Hikaru Sotome, Sunnam Kim, Kenji Matsuda, Hiroshi Miyasaka, Seiji Kurihara, Tsuyoshi Fukaminato
    • 学会等名
      9th International Symposium on Photochromism (ISOP 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Reversible fluorescence photoswitching based on the cooperative orientation in a dye-doped liquid crystalline azobenzene polymer2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoe Kato, Sunnam Kim, Seiji Kurihara, Tsuyoshi Fukaminato
    • 学会等名
      9th International Symposium on Photochromism (ISOP 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluorescence modulation with photochromic-fluorescent nanosystems2019

    • 著者名/発表者名
      Nicolas Fabre, Tsuyoshi Fukaminato, Katsuya Mutoh, Jiro Abe, Remi Metivier
    • 学会等名
      9th International Symposium on Photochromism (ISOP 2019)
    • 国際学会
  • [産業財産権] 表示装置2019

    • 発明者名
      栗原清二、深港 豪、佐藤文紀、甲斐康朗、太田最実、前橋亮太
    • 権利者名
      栗原清二、深港 豪、佐藤文紀、甲斐康朗、太田最実、前橋亮太
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-146721

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公開日: 2021-01-27  

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