化学修飾による近赤外発光性カーボンナノチューブライブラリーの構築と高純度化

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グラフェンシートが巻き上がった構造のナノカーボンとして知られる単層カーボンナノチューブ（SWNTs）は、直径と六員環骨格の巻き上がり角度（カイラル指数で区別される）によって、異なる電子・光物性を示す。SWNTsを化学修飾すると、近赤外域に新たな発光が生じるため、バイオイメージングや光通信に活用し得る近赤外発光材料として期待されている。私どもは、chiral型に分類される(6,5) SWNTsの化学修飾によって、反応方法や反応に用いる試薬のデザインによって1000 nmから1268 nmの広い近赤外域において選択的に発光波長を発現させる方法を開発している。本研究では、これらの化学修飾による発光特性の制御方法が、構造の異なるSWNTsに対してどのように影響を与えるかを評価した。アルキルブロミドおよびアルキルジブロミドを用いた還元的付加反応、およびアルキルリチウム試薬を用いた2段階の付加反応を行い、それぞれ対応するSWNTs付加体を合成し、これらを分離精製することで、SWNTs骨格の異なるSWNTs付加体の発光特性を評価した。還元的付加反応では、発光波長を選択的に発現するための因子を明らかにすることに成功した。アルキルリチウムを用いた反応では、用いる反応試薬によってなぜ発光波長の選択性が切り替わるのか、を解明することに成功した。さらに分離精製を行い、カイラル指数の異なるSWNTsでも、用いる試薬の違いによって発光波長の制御が可能であること、化学修飾による発光波長の変化量はSWNTsの直径に反比例することが明らかとなった。SWNTsの特性吸収と発光の波長は、SWNTs骨格の違いによって異なり、本研究成果によって、SWNTs発光材料の励起光と発光波長の選択肢を大きく拡張することができた。