光励起三重項を活用した水の超核偏極化による新規高感度NMR技術の創出

利用光激发三重态通过水的超核极化创建新的高灵敏度核磁共振技术

基本信息

  • 批准号:
    21J13049
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.34万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2021-04-28 至 2023-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

NMRは核偏極率が低いために感度が低いという問題から、試料を多量に用意する必要があり、これは特に希少なタンパク質などの構造解析等において大きな障壁であった。本研究では、光励起三重項を活用し生じる過渡的な電子偏極状態を利用し、高偏極水を連続的にNMR装置へ供給することで、全く新しい分子構造解析技術の開拓を目指す。これまでは水中でナノ粒子を高偏極化することに成功していた一方で、その偏極が界面の水へと拡散しないという問題があった。そこで、偏極緩和の要因となり得る界面活性剤を除き、再沈法によりボトムアップ的にナノ粒子を作成することで水の高偏極化を達成するに至った。偏極倍率には改善の余地があるものの、固液界面における核スピン間相互作用の詳細な解析から、運動性の低い水へ偏極が拡散していることが明らかとなり、偏極倍率改善に向けた重要な知見を得ることが出来た。界面における偏極移行が大きな障壁であることが明らかとなったため、溶液系で直接超核偏極を達成する技術にも着目した。溶液中では、励起三重項の電子スピンはその配向依存性から迅速に失われるため、配向依存性の小さいラジカルを偏極させることが重要となる。ラジカルの偏極は、古くから光励起三重項との反応によって生成しうることが示されてきた。そこで色素と安定ラジカルを結合することで、分子内反応による高効率な電子スピン偏極を達成した。さらに柔軟なリンカーの導入によって三重項とラジカルの相互作用を動的に調整し、常磁性効果による三重項状態の失活を抑制しつつ、電子偏極を生成することに成功し、光励起から10μs以上持続する偏極生成を実現した。このように、溶液中ひいては水中でのDNPに適した偏極源開発に向けて、分子構造的ダイナミクス制御による三重項-ラジカル間相互作用の最適化という新たな基軸を見出した。
NMR nuclear polarization rate is low, sensitivity is low, sample is large, structure analysis is necessary, etc. This study is aimed at exploring new molecular structure analysis techniques for the use of transition electron polarization states and high polarization water coupling. The problem of high polarization of particles in water The main reason for polarization relaxation is that the interfacial active agent is divided into two parts, and the precipitation method is used to make the water highly polarized. A detailed analysis of the interaction between the solid and liquid interfaces, the low water polarization, and the improvement of the polarization ratio. Interface polarization is a barrier, and solution polarization is a barrier. In solution, the triple term of electron is excited, and the alignment dependence is rapidly lost. The alignment dependence is small, and the polarization is important. The light excitation triplet is generated by the polarization of the light source. The pigment is stable and the electron polarization is high. In addition, the introduction of soft magnetic particles, the regulation of triplet interaction, the suppression of triplet inactivation due to permanent magnetic effect, the generation of electron polarization, and the generation of polarization due to optical excitation lasting for more than 10μs were successfully achieved. The optimization of triple term-phase interaction between DNP and DNP in solution and polarization source in water is presented.

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Proton Hyperpolarization Relay from Nanocrystals to Liquid Water
从纳米晶体到液态水的质子超极化中继
  • DOI:
    10.1021/jacs.2c07518
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Matsumoto Naoto;Nishimura Koki;Kimizuka Nobuo;Nishiyama Yusuke;Tateishi Kenichiro;Uesaka Tomohiro;Yanai Nobuhiro
  • 通讯作者:
    Yanai Nobuhiro
Design Guidelines to Elongate Spin-Lattice Relaxation Times of Porphyrins with Large Triplet Electron Polarization
延长具有大三重态电子极化的卟啉自旋晶格弛豫时间的设计指南
  • DOI:
    10.1021/acs.jpca.1c01839
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yamauchi Akio;Fujiwara Saiya;Nishimura Koki;Sasaki Yoichi;Tateishi Kenichiro;Uesaka Tomohiro;Kimizuka Nobuo;Yanai Nobuhiro
  • 通讯作者:
    Yanai Nobuhiro
Towards efficient optically-generated Overhauser dynamic nuclear polarization with pulsed laser system
利用脉冲激光系统实现高效光生奥豪瑟动态核极化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Koki Nishimura;Kenichiro tateishi;Tomohiro Uesaka;Nobuo Kimizuka1;Nobuhiro Yanai,
  • 通讯作者:
    Nobuhiro Yanai,
Hybridization of radicals and chromophores towards efficient dynamic electron polarization
自由基和发色团的杂交实现高效的动态电子极化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    西村亘生・君塚信夫・立石健一郎・上坂友洋・楊井伸浩
  • 通讯作者:
    西村亘生・君塚信夫・立石健一郎・上坂友洋・楊井伸浩
光駆動型超核偏極を志向したトリプレットとラジカルの複合化
三重态和自由基的组合实现光驱动的超核偏振
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    西村 亘生;立石 健一郎;上坂 友洋;君塚 信夫;楊井 伸浩,
  • 通讯作者:
    楊井 伸浩,
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    宮田 潔志;江原 巧;笠 僚宏;川嶋 優介;濱地 智之;西村 亘生;山内 朗生;小堀 康博;小野 利和;渡辺 豪;楊井 伸浩;恩田健;宮田潔志,宮崎栞,五反田基彰,堀部紗代,北川裕一,長谷川靖哉,恩田健
  • 通讯作者:
    宮田潔志,宮崎栞,五反田基彰,堀部紗代,北川裕一,長谷川靖哉,恩田健
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    宮田 潔志;江原 巧;笠 僚宏;川嶋 優介;濱地 智之;西村 亘生;山内 朗生;小堀 康博;小野 利和;渡辺 豪;楊井 伸浩;恩田健
  • 通讯作者:
    恩田健

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