| 研究課題/領域番号 |
21K04674
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
新森 英之 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40311740)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 金ナノ粒子 / 金コロイド / ポルフィリン / 活性酸素 / 一重項酸素 / 光増感機能 / ロタキサン |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、外部環境の変化によって活性酸素、特に一重項酸素の発生能のON-OFFスイッチングが可能な金ナノ粒子系光増感性ナノマシンを開発する事が目的である。令和４年度に実施した研究実績の概要は以下の通りである。
＜リガンド交換反応によるポルフィリン修飾金ナノ粒子の一重項酸素発生能の制御＞ 前年度に合成が完了したAu-S結合によりポルフィリンを修飾した金ナノ粒子を用いて一重項酸素の発生効率を化学クエンチャーにより解析した所８％と抑制された。ここに金親和性の硫黄化合物である1-ドデカンチオールを添加すると、粒子界面上でのリガンド交換反応によってポルフィリン部位が脱離し、一重項酸素発生効率約４０％という顕著な増大が見られた。また様々な硫黄化合物を用いてリガンド交換反応を行った結果、明らかな一重項酸素の発生が確認された。これらの中でという会合性置換基を有する硫黄化合物を用いた場合は、リガンド交換反応後の金ナノ粒子の凝集を誘発し、一重項酸素発生効率の更なる増加現象（約６０％）を示した。
＜光増感部の機械的運動が可能な擬ロタキサンの合成＞ 本研究課題の最終目標は、一重項酸素発生能の可逆的コントロールである。しかしながら上記の共有結合型ポルフィリン修飾金ナノ粒子は光増感性ポルフィリンの金ナノ粒子界面からの解離現象によって一重項酸素発生能を発現している為に不可逆となる。そこで、可逆的な機械的往復運動が可能なロタキサンを界面修飾した金ナノ粒子を創製する事を目指し、ここでは大環状可動部にポルフィリンを有する擬ロタキサンを合成した。まずはベンゾ24-クラウン-8にポルフィリンを修飾した大環状化合物をLindsey法により調製した。別途、片端に3,5-ジt-ブチルベンジルアミノ基をストッパーとして有する軸成分分子を準備し、先の大環状化合物と混合する事で自己組織化的に擬ロタキサンを合成した。
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| 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
令和４年度に実施した研究成果では計画通り、まず、前年度に合成が完了した共有結合型ポルフィリン修飾金ナノ粒子の一重項酸素発生効率を、1,3-ジフェニルイソベンゾフランを利用して定量的に評価する手法が確立できた。また、この手法によってポルフィリン修飾金ナノ粒子の様々な硫黄化合物（チオール類とジスルフィド類）とのリガンド交換反応前後でのそれぞれの一重項酸素発生効率の変化を調査することができた。この中では金ナノ粒子自体の界面構造の変化に伴った凝集現象に起因した一重項酸素発生効率の顕著な増加が確認でき、一重項酸素の発生のコントロールに有効であることが示唆できた。さらに、この一重項酸素の発生の可逆的スイッチングに向けて、界面官能基と成り得る擬ロタキサンの超分子化学的合成にも成功した。これらの事実より、現在までに本研究課題はおおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究結果から、光増感性ポルフィリン部位の金ナノ粒子界面からの吸脱着、つまりポルフィリンと金ナノ粒子界面との距離が光照射下における一重項酸素発生能に影響を及ぼすことが分かった。そのため研究課題開始時の計画通り、今後はまず、令和４年度に合成が完了した擬ロタキサンを用いて金ナノ粒子への導入反応を行う。上述した通り、この擬ロタキサンの軸成分分子には片端にストッパーとして3,5-ジt-ブチルベンジルアミノ基を有しているが他端には金界面でAu-S結合により金ナノ粒子と共有結合を生じるチオール基を有するように分子設計している。そこで、ポルフィリン修飾クラウンエーテルと軸成分分子内のアンモニウムカチオンとの相互作用によってthreadingすることで得られた擬ロタキサンの末端チオール基による金ナノ粒子への界面導入反応を検討する。この際にはthreading維持の状態で金ナノ粒子界面へ連結される必要があるため、非結合のポルフィリン成分の除去後に修飾された金ナノ粒子を回収し、そのポルフィリン導入率によってロタキサン修飾率を見積もる予定である。
その後、得られたロタキサン導入金ナノ粒子を用いて、その一重項酸素発生効率を確立した化学クエンチャー法によって定量的に評価する。ここではアンモニウムカチオン由来の静電的相互作用がポルフィリン修飾大環状化合物の位置を決定しているために、酸-塩基反応による静電的相互作用のスイッチングによって一重項酸素発生能が可逆的にコントロールできるかを検証する。これらの研究計画によって、一重項酸素発生の有効なON-OFFスイッチが可能な金ナノ粒子系ナノマシンを創出する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
理由：ポルフィリン修飾金ナノ粒子の一重項酸素発生効率を測定する際に、これまでに当研究室で行ってきたポルフィリン類縁体に対する手法の改良で可能であることが分かったために、既存の試薬や器具類が利用可能であったことから若干のコスト削減に繋がった。また、ポルフィリン修飾擬ロタキサンの合成時には詳細な文献検索により、比較的早期に大環状化合物と軸成分分子の分子設計や自己組織化threading条件を絞ることができた。さらに、研究調査の打ち合わせでは、一部を電子メールによって効率化を図った。
使用計画：一重項酸素発生のスイッチ機能を付与させるために用いるロタキサン部位の金ナノ粒子界面への導入においては、threading状態の維持など様々な角度からの検討結果を参考にしなければならないと予測できるために、多様な機器分析装置を用いる必要が生じると予測できる。そのために、共同利用機器の使用を視野に入れなければならないために、それらの使用料金やこれまでに購入していない新たな薬品や器具の追加購入に充てる。
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