ナノ空間を用いたゲスト分子の超核偏極とその応用

核磁気共鳴分光法(nuclear magnetic resonance, NMR)や磁気共鳴画像化法(magnetic resonance imagingm, MRI)は分子構造解析や診断に用いられ、現代の科学や医療において必須の技術である。しかし、これらの技術は極めて感度が低いという課題を抱えていた。その原因は核スピンの偏極率が低いことにあり、電子スピンのより高い偏極率を用いて核スピンの偏極率を高める方法を動的核偏極(dynamic nuclear polarization, DNP)という。従来のラジカルを用いたDNPでは1 K程度の極低温条件が必要であるが、励起三重項を用いたDNP（triplet-DNP）は室温付近でも機能するという特徴がある。本研究の目的は、triplet-DNPをナノ多孔性材料中にて実現し、その核偏極をゲスト分子に移行することで、これまで困難であった室温での高感度NMR・MRI測定を可能にすることである。ナノ多孔性材料として、ナノ細孔を有するシリカやアルミナといった無機多孔体を用いた。偏極源としてはポルフィリン誘導体を用い、溶媒や濃度といった条件を最適化することでポルフィリン誘導体を凝集させることなくナノポーラスシリカやアルミナの表面上に嘆じすることに成功した。得られた色素担持ナノ多孔体の時間分解ESR測定により、偏極した三重項状態を形成できていることを確認した。シリカやアルミナはプロトン(1H)の緩和時間が短く、偏極した状態を蓄積できないという問題があったが、新たなサンプル処理法の開発により長い緩和時間を有するナノ多孔体の調整に成功した。

核磁気共鳴分光法(nuclear magnetic resonance, NMR)や磁気共鳴画像化法(magnetic resonance imagingm, MRI)は分子構造解析や診断に用いられ、現代の科学や医療において必須の技術である。しかし、これらの技術は極めて感度が低いという課題を抱えていた。その原因は核スピンの偏極率が低いことにあり、電子スピンのより高い偏極率を用いて核スピンの偏極率を高める方法を動的核偏極(dynamic nuclear polarization, DNP)という。従来のラジカルを用いたDNPでは1 K程度の極低温条件が必要であるが、励起三重項を用いたDNP（triplet-DNP）は室温付近でも機能するという特徴がある。本研究の目的は、triplet-DNPをナノ多孔性材料中にて実現し、その核偏極をゲスト分子に移行することで、これまで困難であった室温での高感度NMR・MRI測定を可能にすることである。ナノ多孔性材料として、ナノ細孔を有するシリカやアルミナといった無機多孔体を用いた。偏極源としてはポルフィリン誘導体を用い、溶媒や濃度といった条件を最適化することでポルフィリン誘導体を凝集させることなくナノポーラスシリカやアルミナの表面上に嘆じすることに成功した。得られた色素担持ナノ多孔体の時間分解ESR測定により、偏極した三重項状態を形成できていることを確認した。シリカやアルミナはプロトン(1H)の緩和時間が短く、偏極した状態を蓄積できないという問題があったが、新たなサンプル処理法の開発により長い緩和時間を有するナノ多孔体の調整に成功した。