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2015 年度 実施状況報告書

光励起三重項電子を用いた動的核偏極によるNMR分光高感度化の汎用性向上

研究課題

研究課題/領域番号 26620009
研究機関大阪大学

研究代表者

根来 誠  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (70611549)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードtriplet-DNP / 動的核偏極 / NMR分光 / 安息香酸 / 重水素化 / パルス数値設計法 / 常温核偏極 / 室温超偏極
研究実績の概要

代表者らは、NMR分光やMRIの感度を決める核スピン偏極率の向上法である光励起三重項状態にある電子スピンを偏極源に用いる動的核偏極(triplet-DNP)法の研究を進めてきた。熱平衡状態にある不対電子スピンを偏極源に用いる従来のDNP法は、数十%の核スピン偏極率を得るために極低温を用いてきたが、triplet-DNP法はサンプルを室温に保ったまま同程度の高偏極化が実現できる。しかしこれまで本方法で高効率に高偏極化できる物質は限られた分子の固体のみであった。本研究によってさまざまな分子や液体の高効率での高感度化を実現することで、triplet-DNPの高感度汎用測定、高感度MRIへの応用の道を拓く。
Triplet-DNPのために与える振動磁場パルスの最適化を行えば、さらなる高効率の高偏極化が期待できる。平成27年度では、数値最適化法に関する理論の論文を改良して再投稿し、NMR実験によって数値最適化パルスの性能が従来のパルスよりも優れていることを示した。より高磁場では核スピン格子緩和時間が長くなるためさらなる高偏極率が期待されていた。平成27年度では、これまでよりも高磁場の0.6テスラでtriplet-DNP実験を行い、より高効率に高偏極化が可能であることを示した。また、0.6テスラで三重項電子スピンのパルス磁気共鳴のための装置を開発した。
多くの物質を溶かし込むことが可能となるホスト物質でのtriplet-DNP技術に関する論文を作成した。水溶性の物質の高効率での高偏極化に成功し、高偏極液体のNMRの実現にも成功した。

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

多くの物質を溶かし込むことが可能となるホスト物質でのTriplet-DNPに関する論文を作成し、さらなる高偏極化を実現するためのパルスの数値設計法のNMRでのデモンストレーションを行った。また、より高磁場でtriplet-DNP実験を行い、より高効率な高偏極化が可能であることを示した。水溶性の物質の高効率での高偏極化に成功し、高偏極液体のNMRの実現にも成功した。

今後の研究の推進方策

平成28年度は、数値設計法で偏極移動のパルスを設計しその性能評価を行う。水溶性物質の重水素化などを駆使してさらなる高偏極率の実現を目指す。また、生物学や医学への応用を目指して、高偏極液体を使った化学反応のリアルタイム測定の実現を目指す。

次年度使用額が生じた理由

平成28年度に寒剤を利用する実験の必要性が生じたため、その分の予算を繰り越した。

次年度使用額の使用計画

寒剤費用として使う。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] マレーシア工科大学(マレーシア)

    • 国名
      マレーシア
    • 外国機関名
      マレーシア工科大学
  • [雑誌論文] A Ku band pulsed electron paramagnetic resonance spectrometer using an arbitrary waveform generator for quantum control experiments at millikelvin temperatures2015

    • 著者名/発表者名
      Y. S. Yap, Y. Tabuchi, M. Negoro, A. Kagawa and M. Kitagawa
    • 雑誌名

      Rev. Sci. Instrum.

      巻: 86 ページ: 063110

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4922791

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 数値最適化選択的デカップリングパルスの固体NMR実験2016

    • 著者名/発表者名
      根来誠、中村謙太、米井佑、田渕豊、北川勝浩
    • 学会等名
      日本物理学会春季大会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャンパス(宮城県、仙台市)
    • 年月日
      2016-03-20
  • [学会発表] Quantum Annealing with Hyperpolarized Nuclear Spins in Solids2015

    • 著者名/発表者名
      Makoto Negoro
    • 学会等名
      New Horizons of Quantum and Classical Information 2015
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-08-03
    • 国際学会
  • [学会発表] 極低温ESR量子計算実験のためのストリップライン型ループギャップ共振器の開発2015

    • 著者名/発表者名
      久野真由子, ヤップ ユンセン, 根来誠, 香川晃徳, 北川勝浩
    • 学会等名
      QIT34
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府、豊中市)
    • 年月日
      2015-05-16
  • [図書] "Quantum Information Processing Experiments Using Nuclear and Electron Spins in Molecules" in2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kitagawa, Y. Morita, A. Kagawa, M. Negoro
    • 総ページ数
      7 (Book Chapter pp.587-603)
    • 出版者
      Springer Japan
  • [備考] 大阪大学北川研究室

    • URL

      http://www.qc.ee.es.osaka-u.ac.jp/~qc/index_j.html

  • [産業財産権] 可溶性ペンタセンを用いた動的核偏極による 核スピン高偏極化方法2015

    • 発明者名
      立石健一郎、上坂友洋、根来誠、北川勝浩
    • 権利者名
      立石健一郎、上坂友洋、根来誠、北川勝浩
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-129912
    • 出願年月日
      2015-06-29

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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