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ビジョン
試料を染色した色素からの発光を検出・観察する蛍光顕微鏡技術は、発光検出の高感度性や染色部位の選択性による環境識別などの観点から化学や生命科学、医学分野を中心に広く用いられています。当該技術においては光子エネルギーの大きな紫外～青色光が励起光として広く用いられていますが、これらの光は発光性色素のほかに細胞などの生体試料を構成する物質や顕微鏡の光学部品をも励起して発光を与えてしまうことがあります。このような現象は「自家蛍光」と呼ばれ、得られた顕微鏡画像のノイズとなって解像度を低下させる原因となります。また、紫外～青色光は生体透過性が低く、試料内部に励起光が到達しないため、内部の情報を得ることができないという課題も残されています。
本研究ではこれらの課題を一挙に解決するために、複数個の低エネルギーな光子を利用して高エネルギーな励起状態を生み出す「フォトンアップコンバージョン現象」を利用して低ノイズ・高輝度な画像を与える蛍光顕微鏡システムを、「色素システム」と「光学システム」の両面から開発します。
本研究では、２分子の励起三重項状態から励起一重項状態と基底状態を１分子ずつ生成する「三重項－三重項消滅」を用いたアップコンバージョン蛍光システムを構築します。この機構では、複数種の色素を介した多段階の反応を経ることから、多様な環境が混在する観察対象に導入しても機能する系の設計が不可欠です。また、生体試料を染色するにあたっては、純水中あるいは水溶液で機能することが重要となります。しかしながら、有機蛍光化合物や光増感剤の溶解度や分散性から、水系溶媒中での達成例はごく限られています。
本研究では、微小球状イオン交換媒体の内部にこれらの色素群を濃縮・担持することでこれらの課題を解決します。色素を濃縮する場として水への高い分散性をもつ微粒子を用いることにより、純水中でも希釈条件でもアップコンバージョン蛍光を示す「色素システム」を創出します。
最終用途例
APPLICATION
自家蛍光の少ない低ノイズ・高輝度な蛍光顕微鏡システムを利用することによって、生体試料の様子を高速かつ高感度に検出・追跡できるようになり、生命現象の理解・解明に寄与できると期待されます。
APPLICATION
低エネルギーな長波長光を高エネルギーな短波長光に変換する技術の利用により、太陽光に多く含まれる長波長光を有効利用できるようになると期待されます。
強み
より高輝度なアップコンバージョン蛍光を発するシステムの構築には、金属錯体と蛍光色素の種類や量の組み合わせを網羅的に探索する必要があります。これらの化学種に対する合成技術と微小球導入過程の柔軟性を駆使してより強く輝く色素システムを構築します。
一般的な蛍光顕微鏡では短波長光を励起光として長波長光の放出を観測しています。長波長光を励起光、短波長光を観測光とするアップコンバージョン蛍光の観測に特化した光学系・検出系を構築することによってより高感度な検出を目指します。
テクノロジー
共同研究仮説
ニーズに合わせた機能をもつ色素システムの構築とそれらの安定性・生体毒性の評価・向上を行うことで、誰でも簡便に使用できる色素システムをパッケージ化したいと考えています。
アップコンバージョン蛍光の検出に特化した光学系・検出系をさらに高度化することにより、高感度化・小型化したモジュールの開発に取り組みたいと考えています。
イベント動画
研究者
2010年10月 北海道大学 大学院理学研究院化学部門 博士研究員
2011年6月 米国ノースカロライナ大学チャペルヒル校化学科 Postdoctoral Research Associate
2013年4月 大阪市立大学 大学院理学研究科物質分子系専攻 助教
2016年4月 高知工科大学 大学院工学研究科／環境理工学群 講師
2022年4月 高知工科大学 大学院工学研究科／環境理工学群 准教授
【受賞歴】
2009年4月 日本化学会第89春季年会 学生講演賞
2015年4月 日本化学会第95春季年会 優秀講演賞（学術）
2021年11月 令和３年度有機合成化学協会中国四国支部奨励賞
【個人ページ】
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