ペロブスカイトナノ結晶を用いた超解像イメージング用光スイッチの開発

波長の異なる二種類の光照射で蛍光強度の切り替えが可能な光スイッチング蛍光プローブは、主に超解像イメージング技術で使用されている。この蛍光プローブはこれまで緑色蛍光タンパク質などの有機色素が主流であったが、近年、光褪色しにくいコロイド状ナノ結晶を用いた無機蛍光プローブが注目を集めている。中でもペロブスカイトナノ結晶（PeNC）は高い発光量子効率でシャープな発光を示し、ジアリールエテンとの複合体が優れた光スイッチング特性を示すことが報告されているが、水がある環境で不安定であるといった課題があった。生体内で不安定なPeNCを安定化するためにポリマーや酸化物を用いた表面被覆法が数多く研究されているが、光スイッチングPeNC蛍光プローブの実現にはさらなる安定性の向上（溶出Pbの低減）と高い蛍光コントラストの両立が求められる。そこで本研究者は、「クリック反応を用いた表面ポリマー被覆によるPeNCの安定化」と「高い蛍光コントラストの実現に向けたスイッチングメカニズムの解明」を目標に研究に取り組んだ。「クリック反応を用いた表面ポリマー被覆によるPeNCの安定化」は以下の手順で行った。まずPeNC表面に末端アルキン配位子を導入し、そこに末端アジド基を有するモノマー分子と銅触媒を加えてPeNC表面上でクリック反応させることでアルキン配位子とアジドモノマーを環化付加させた。その後、得られたPeNCをさらに加熱重合させると表面が完全にポリマーで被覆され、極性溶媒に対する安定性が大幅に向上した。また「高い蛍光コントラストの実現に向けたスイッチングメカニズムの解明」では、PeNCとジアリールエテンの複合体についてフェムト秒ポンプ・プローブ分光測定を行うことでスイッチングメカニズムを調査した。その結果、高い蛍光コントラストが出る系ではPeNCからジアリールエテンへのエネルギー移動と電子移動が競合していることが明らかになった。

波長の異なる二種類の光照射で蛍光強度の切り替えが可能な光スイッチング蛍光プローブは、主に超解像イメージング技術で使用されている。この蛍光プローブはこれまで緑色蛍光タンパク質などの有機色素が主流であったが、近年、光褪色しにくいコロイド状ナノ結晶を用いた無機蛍光プローブが注目を集めている。中でもペロブスカイトナノ結晶（PeNC）は高い発光量子効率でシャープな発光を示し、ジアリールエテンとの複合体が優れた光スイッチング特性を示すことが報告されているが、水がある環境で不安定であるといった課題があった。生体内で不安定なPeNCを安定化するためにポリマーや酸化物を用いた表面被覆法が数多く研究されているが、光スイッチングPeNC蛍光プローブの実現にはさらなる安定性の向上（溶出Pbの低減）と高い蛍光コントラストの両立が求められる。そこで本研究者は、「クリック反応を用いた表面ポリマー被覆によるPeNCの安定化」と「高い蛍光コントラストの実現に向けたスイッチングメカニズムの解明」を目標に研究に取り組んだ。「クリック反応を用いた表面ポリマー被覆によるPeNCの安定化」は以下の手順で行った。まずPeNC表面に末端アルキン配位子を導入し、そこに末端アジド基を有するモノマー分子と銅触媒を加えてPeNC表面上でクリック反応させることでアルキン配位子とアジドモノマーを環化付加させた。その後、得られたPeNCをさらに加熱重合させると表面が完全にポリマーで被覆され、極性溶媒に対する安定性が大幅に向上した。また「高い蛍光コントラストの実現に向けたスイッチングメカニズムの解明」では、PeNCとジアリールエテンの複合体についてフェムト秒ポンプ・プローブ分光測定を行うことでスイッチングメカニズムを調査した。その結果、高い蛍光コントラストが出る系ではPeNCからジアリールエテンへのエネルギー移動と電子移動が競合していることが明らかになった。