[スポンサーリンク]

スポットライトリサーチ

局所的な“粘度”をプローブする羽ばたくFLAP蛍光分子

[スポンサーリンク]

第270回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院理学研究科 化学専攻 集合有機分子機能研究室 修士二年生の木村 僚(きむら りょう)さんにお願いしました。

集合有機分子機能研究室は独創的なπ電子芳香環化合物を長年次々に産み出しており、第二回ケムステVシンポジウムでは齊藤尚平准教授が羽ばたく分子FLAP(FLexible and Aromatic Photofunctional system)の紹介をされていたのが記憶に新しい読者もいらっしゃるかもしれません。

今回紹介いただける内容は、そのFLAP分子の興味深い応用方法。蛍光性FLAP分子が羽ばたき度合いに応じて発光が変化することを利用して、局所的な粘度のセンサーとして応用できたという成果です。本成果は、Angew. Chem. Int. Ed.誌に原著論文として公開され京都大学JSTなどからプレスリリースされ、日経新聞などにも取り上げられています。

“Flapping Peryleneimide as a Fluorogenic Dye with High Photostability and Strong Visible‐Light Absorption”
Ryo Kimura, Hikaru Kuramochi, Pengpeng Liu, Takuya Yamakado, Atsuhiro Osuka, Tahei Tahara, Shohei Saito, Angew. Chem. Int. Ed. (2020),  doi: 10.1002/anie.202006198

指導に当たっている齊藤尚平准教授からは、木村さんに向けて以下のコメントをいただいています。

木村くんは比較的寡黙な学生ですが、研究室きっての努力家であり、彼が内に秘めたる熱情には底知れぬものを感じます。私の勘違いかもしれませんが。

短いながらも、深い信頼関係がうかがえるコメントでした!
それでは、木村さんからのメッセージをご覧ください!

Q1. 今回プレスリリースとなったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

ペリレンイミドを「翼」に用いた新たなFLAP分子(ペリレンFLAP)の合成を行うとともに、励起状態ダイナミクスを明らかにし、わずかな粘度の違いに依存して蛍光が増大する性質を明らかにしました。

ペリレンイミドは染料にも使われる有名な物質で、一般的に光を当てると強い蛍光を発し、強い光にさらされても壊れにくいという性質があります。しかし、今回合成したペリレンFLAPは、光に安定ではあるものの、発する蛍光は非常に弱いことが判りました。共同研究による超高速分光測定の結果、ペリレンFLAPは励起状態で平面化し、大部分は非常に速く失活している(蛍光を発さない)ことが明らかとなり、柔軟な骨格(COT)を縮環させたことによるダイナミクスの大きな変化を観察することに成功しました。

さらにペリレンFLAPは溶媒の粘度が高くなるにつれて、蛍光が強くなり、蛍光寿命(光によって励起された分子が蛍光を発光して基底状態に戻るまでの時間)が長くなることが判明しました。例として、ヘキサン (粘度:0.3 cP) に溶解させた場合、蛍光量子収率(励起された分子のうち、蛍光を発する分子の割合)は2%程度であり、蛍光寿命は120 ピコ秒(ps)なのですが、ヘキサデカン(粘度:3 cP)の場合、蛍光量子収率は8%と4倍に向上し、蛍光寿命は560 psまで長くなりました。最終的に、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)膜に分散させて固めたところ、蛍光量子収率は18%まで向上し、蛍光寿命は1.6 ナノ秒 (ns)まで長くなりました。ほぼ発光しなかった化合物が環境変化で蛍光性になる性質(フルオロジェニック)はペリレンイミドの類では非常に珍しく、蛍光寿命の変化によって数cPというごく小さな粘度変化(25 ℃の水で1 cP前後)を見分けられることは、光技術への応用、特に蛍光寿命の違いによって局所粘度分布を可視化することのできる顕微鏡技術(FLIM)が期待できると考えています。

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

ペリレンFLAPの励起状態ダイナミクスを明らかにするために、量子化学計算を行っているのですが、実験結果をうまく説明するための適切な計算手法を見つけるために試行錯誤を繰り返しました。当時は、量子化学計算のやり方を教わったばかりで先輩に相談しつつ計算に明け暮れていたことを覚えています。研究室には量子化学計算を行える高性能コンピュータがあるのですが、半分以上を一人で占有していた時もありました。

また、ペリレンFLAPが従来のFLAPに比べて光安定であることを示す実験ではペリレンFLAPの溶液に長時間光を当て続け、数時間ごとに吸光測定を行って退色度合いを調査したのですが、とにかく時間がかかり、研究室に泊まり込んで測定を行ったことは記憶に新しいです。

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

ペリレンFLAPの示す蛍光は弱いのですが、合成の過程で発生する副生成物は非常によく光ります。そのため、少量の副生成物で光学測定に大きな影響を及ぼすことになります。実際、精製が十分でないサンプルで測定を行ってしまい、ダイナミクスの解釈を誤りかけたことがありました。そのため、サンプルの純度には特に気を配りました。通常、化合物を精製する過程では、カラムクロマトグラフィーや再結晶を行って純度を向上させることが多いかと思います。ペリレンFLAPの場合、これらとともに、分取用だけでなく分析用のHPLC(高速液体クロマトグラフィー)を用いて少量ずつ精製を行い、できる限りサンプル純度の向上を目指しました。この精製作業は多くの試行錯誤と長い時間を要する作業であり、苦難の道のりでした。

また、論文としてまとめるのが初めてだったということもあり、齊藤先生のOKが出るまでに何度も修正を繰り返したことを覚えています。特に、論文のSupporting Informationは書き始めてから30回以上修正を行っており、非常に苦労しました。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

今回のペリレンFLAPが粘度応答性をもつように、FLAPには様々な機能を伴うものがあり、どのようなことに応用できるか、を考えることが多いです。一方で、今まで誰も合成したことがない新しい分子を自分自身の手で創り出すという化学の基礎的な側面も大事にしたいと思っています。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

自分自身、研究というものを始めてまだまだ日が浅いのですが、既報でも反応をやってみて化合物が合成できたとか、条件検討の結果、より収率を高めることができたとか、小さなことでも成功体験は自信につながると感じました。実験がうまくいかない、結果が出ないことが続き、精神的にもつらく、心が折れそうだったこともありましたが、そのような成功体験が心の支えになって、研究を進めようという原動力になっているような気がします。

最後になりますが、学部生の時から研究指導して下さった齊藤尚平先生をはじめとする研究室メンバーの皆様、共同研究にてお世話になりました倉持光先生、田原太平先生、そして今回、研究を紹介する機会を下さいましたケムステーションスタッフの皆様に深く感謝申し上げます。

関連リンク

  1. 京都大学大学院理学研究科化学専攻 集合有機分子機能研究室
  2. プレスリリース:わずかな粘度の違いを感じとる「羽ばたく蛍光分子」を開発 ~ナノサイズの動きで液体のサラサラ度を測る~
  3. 蛍光粘度プローブとしての性能について、従来型の結合回転型プローブ(BODIPY)と比較した続報
    R. Kimura, H. Kitakado, A. Osuka, S. Saito*, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2020, 93, 1102-110, doi: 10.1246/bcsj.20200117.
  4. 励起状態芳香族性の強さを調整してS1のenergy profileの形を制御した報告
    Ryota Kotani, Li Liu, Pardeep Kumar, Hikaru Kuramochi, Tahei Tahara,* Pengpeng Liu, Atsuhiro Osuka, Peter B. Karadakov,* and Shohei Saito*, J. Am. Chem. Soc. in press. doi: 10.1021/jacs.0c05611.

研究者の略歴

名前: 木村 僚 (きむら りょう)

所属: 京都大学大学院理学研究科化学専攻 集合有機分子機能研究室

専門: 有機化学、光化学

略歴:2019/3 京都大学理学部 卒

2019/4- 京都大学大学院理学研究科化学専攻 修士課程在学

 

spectol21

投稿者の記事一覧

ニューヨークでポスドクやってました。今は旧帝大JKJ。専門は超高速レーザー分光で、分子集合体の電子ダイナミクスや、有機固体と無機固体の境界、化学反応の実時間観測に特に興味を持っています。

関連記事

  1. Ph.D.化学者が今年のセンター試験(化学)を解いてみた
  2. 人事・DX推進のご担当者の方へ〜研究開発でDXを進めるには
  3. 東北地方太平洋沖地震に募金してみませんか。
  4. 窒素固定をめぐって-2
  5. 海外機関に訪問し、英語講演にチャレンジ!~① 基本を学ぼう ~
  6. オピオイド受容体、オレキシン受容体を標的とした創薬研究ーChem…
  7. 元素記号に例えるなら何タイプ? 高校生向け「起業家タイプ診断」
  8. 【本日14時締切】マテリアルズ・インフォマティクスで活用される計…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 実験ノートの字について
  2. ローゼンムント・フォンブラウン反応 Rosenmund-von Braun Reaction
  3. 第69回「見えないものを見えるようにする」野々山貴行准教授
  4. チャップマン転位 Chapman Rearrangement
  5. 紅麹問題に進展。混入物質を「プベルル酸」と特定か!?
  6. ピーター・リードレイ Peter Leadlay
  7. ポンコツ博士の海外奮闘録 外伝① 〜調剤薬局18時〜
  8. 超合金粉末の製造方法の改善に機械学習が試行される
  9. シュタウディンガー ケテン環化付加 Staudinger Ketene Cycloaddition
  10. 新規性喪失の例外規定とは?

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2020年8月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

注目情報

最新記事

そのpH、“本当にその場所”の値ですか?ニードル式pHセンサーを使ってみた!

突然ですが、「培養の再現性がなんか悪い」「同じ条件のはずなのに結果がズレる」といった経験はあ…

「骨格編集」×「ナノカーボン合成」〜ナノカーボン合成の新戦略を実証〜

第719回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(忍久保研究室)博士後期課程2年の平…

【書評】立体化学 はじめの一歩

立体化学は,分子の三次元構造を理解するための重要な分野であり,有機化学や…

水のシミュレーション入門 — 水分子を計算機の中でどう”描く”か —

身近なのに、計算機にとって手強い"水"。本記事では、点電荷モデルから機械学習まで、その"描き方"の進…

◆◇◆◇ 第36回フォーラム・イン・ドージン開催のご案内 ◆◇◆◇

同仁化学研究所が熊本から世界へ情報発信するフォーラム・イン・ドージンの開催ご案内です。今年は『な…

『力』による円偏光発光のon/off制御を単一分子レベルで実現

第718回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 物質理工学院(相良研究室)博士後期課程2年の野中…

数日かかっていた反応機構解析を、わずか数分に!

機械学習ポテンシャルが変える計算化学の現在近年、DFT計算による反応機構解析は広く行われるよ…

海外ポスドクのオファーをもらう【アメリカで Ph.D. を取る: 進路編】

ポスドクとして海外に留学する場合、希望する研究室の教授に直接連絡を取り、面接などを通して適性を判断さ…

MDで観るトライボロジー 〜原子が擦れるその場をシミュレーション〜

軽くて強いのに摩耗に弱いチタン合金は、航空機や人工関節に広く使われています。原子が擦れ合うその場を分…

酸素を過酸化水素へ!可視光で駆動する有機高分子光カソード

第717回のスポットライトリサーチは、新潟大学大学院自然科学研究科(無機ナノ材料研究室)博士前期課程…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP