大阪市大,高効率な蛍光スイッチング材料を開発

大阪市立大学の研究グループは,蛍光分子とフォトクロミック分子からなるポリマーを被覆した新しいシリカナノ粒子を使用した,高速でコントラストの高い蛍光ON/OFFスイッチング材料を開発した(ニュースリリース)。

蛍光のON/OFFスイッチングは応用範囲が広く,盛んに研究が行なわれている。中でも,超解像顕微鏡のバイオイメージング色素などへの応用が可能な蛍光のON/OFFスイッチングについては高い関心が寄せられており,蛍光のON状態とOFF状態の間の高速かつ高効率なスイッチを達成することが最重要課題となっている。

蛍光のON/OFFスイッチングには,さまざまな材料が使われる。中でも,ジアリールエテンという分子は広く使用されている。このジアリールエテンが開環体で存在するときには蛍光はON状態であり,閉環体になると蛍光分子からのエネルギー移動が起こって蛍光が消光されOFF状態となる。

このON/OFFスイッチングを効率よく引き起こすためには,ジアリールエテンと蛍光分子の分子間距離をできる限り縮めることが必要であり,その実現方法が求められていた。研究では,ジアリールエテンおよび蛍光分子であるフルオレンを有するポリマーを高密度にシリカナノ粒子に被覆するという,新たなアプローチを提案し,その評価を行なった。

その結果,紫外光・可視光照射に伴い,同一ポリマー鎖内だけでなく,ポリマー鎖間のフルオレンからジアリールエテン閉環体へのエネルギー移動を利用した蛍光スイッチングに成功した。

研究で得られたシリカナノ粒子の蛍光スイッチング効率を,ジアリールエテンとフルオレンを直接結合させた二量体およびジアリールエテンとフルオレンからなるポリマーと比較したところ,合成したシリカナノ粒子はポリマーの2.5倍,二量体の20倍効率が増し,最も効率よく蛍光ON/OFFスイッチングすることを示した。

この研究は,蛍光ON/OFFスイッチング材料の新しい可能性を見出したものであり,フォトクロミック分子の構造や蛍光分子の構造を変えることによって,さらに高速でコントラストの高い蛍光スイッチング材料の設計が可能になると考えられるという。

また,研究で合成したシリカナノ粒子はポリマー末端に反応性の置換基を兼ね備えているため,さらに新しい機能を付与させることが可能。このような材料は記録材料,表示材料,分子センサー,バイオイメージング色素などの用途に使用できる可能性があるとしている。

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