2021 Fiscal Year Research-status Report
Fluorescence detection of hydrogen-bonding strength using ESIPT-type fluorescent probe
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21K05121
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| Research Institution | 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発 |
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Principal Investigator |
阿久津 和宏 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 技師 (60637297)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 聖治 茨城大学, 理工学研究科(理学野), 教授 (50332549)
元川 竜平 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (50414579)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素結合 / 蛍光プローブ / HBI / 中性子反射率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、化学的相互作用の一つである‘水素結合力’を定量的に分析するための新手法の開発を目的としており、我々は蛍光分子2-(2’-hydroxyphenyl)benzimidazole（HBI）を用いた簡易かつ高精度な蛍光分析法による水素結合力解析法の構築を目指している。令和3年度は、（1）HBIへの官能基導入による誘導体合成とその蛍光特性分析、（2）高分子及び固体試料へのHBIの適切な導入方法の検証、（3）水素結合力とナノ構造を同時評価するための装置（蛍光-中性子反射率同時測定装置）の開発を実施しており、それらの結果について具体的な内容を以下に示す。
（1）HBIへの官能基導入による誘導体合成とその蛍光特性分析：3種類のHBI誘導体を合成し、官能基修飾によるHBIの親水・疎水化を達成した。また、そのうち2種類のHBI誘導体について蛍光特性分析し、官能基導入が水素結合力の蛍光分析に悪影響を及ぼさないことが確認された。
（2）高分子及び固体試料へのHBIの適切な導入方法の検証：高分子へのHBIの適切な導入方法を検証し、2×10-4 wt% 程度のHBI導入量でも高分子の水素結合力の定量的分析が可能であることを明らかにした。
（3）蛍光-中性子反射率同時測定装置の開発：装置全体の設計を行い、試料封入セルなどの一部機器類については年度内に整備とテスト実験を実施した。
上記のように、HBI誘導体の合成、蛍光特性分析、装置の開発は順調に進んでおり、一部の成果については学術論文及び国際会議等で報告している。令和4年度は蛍光-中性子反射率同時測定装置の開発を進め、そのテスト運用と高度化を実施する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、HBI誘導体の合成、蛍光特性分析、装置の開発は計画通り進行しており、その後の実験も計画通り進行している。量子化学計算との連携研究はやや遅れている状況であるため、今後は量子化学計算チームとの実験データの迅速な共有と議論を速やかに展開していく。一方で、蛍光-中性子反射率同時測定装置用の試料封入セルなどの機器類については令和3年度内に整備とテスト実験が完了しており、その成果を学術論文にて報告している。総合的に見て、研究の進捗状況はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述した通り、令和4年度は蛍光-中性子反射率同時測定装置を用いた実験と量子化学計算との連携研究の促進が重要なポイントとなる。令和4年度前半は、蛍光-中性子反射率同時測定装置の完成に向けた開発と実験用試料の作製・テスト分析及び量子化学計算との連携が研究活動の中心となる見込みである。なお、中性子反射率実験についてはJ-PARC 生命科学実験施設（MLF）の実験課題が既に採択されており、実験に支障はない。令和4年度後半には量子化学計算との連携によりHBIの溶媒和と発光波長の相関を解明し、令和3年度の実験データと併せてHBIを用いた蛍光分析法による高精度な水素結合力解析の基礎的な方法・技術論を確立する。また、その成果をまとめて学術論文誌に投稿したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
令和3年度は蛍光-中性子反射率同時測定装置の設計と一部機器類の整備を実施したが、装置全体の完成には至っておらず、未完成分は令和4年度に持ち越しとなった。令和4年度の前半には、装置完成のための機器類の購入を実施する見込みである。また、申請当初に予定していた国際学会発表（ICNS2021、Argentina）がCOVID-19の影響で中止となったため、旅費に関しても次年度使用額が生じている。旅費については、別の国際会議（7th International Conference on Molecular Sensors and Molecular Logic Gates Ireland)）への参加を予定している。
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