低分子量と熱力学的安定性を両立したNIR-II色素の創製と蛍光プローブへの応用

波長 1000 nm ~ 1400 nm の第 2 近赤外光学窓（NIR-II）領域は、生体組織による光の吸収や散乱、自家蛍光の影響が非常に少ないため、色素を利用した生体深部の蛍光イメージングに適しており近年注目されている。一方で、NIR-II 領域で光吸収や蛍光を示す NIR-II 色素は、大きな分子サイズや低い熱力学的安定性などの問題を有している。本研究は，申請者オリジナルの「架橋キサンテン色素」をプラットフォームとし、小さな分子サイズと熱力学的安定を両立した NIR-II 色素をデザイン・創製することを目的とする。そして、創出した色素の蛍光プローブとしての有用性を明らかにすることを2つ目の目的とする。上記の研究目的を達成するため、昨年度は低分子量と熱力学的安定性を両立したNIR-II色素の創出に取り組んだ。以下に得られた3つの成果について示す。① まず、NIR-II 候補化合物の選定のため、フルオレセイン型、ロドール型、ローダミン型の架橋キサンテン系色素の合成に取り組んだ。その結果、いずれの架橋キサンテン色素誘導体の合成にも成功したことに加え、色素の精製方法を見直すことで、ワンポットでの合成方法を確立した。② 続いて、架橋キサンテン系色素の光物性検討を行った結果、フルオレセイン型色素が最も長波長の蛍光発光を示すことがわかった。さらに興味深いことに、ロドール型架橋キサンテン系色素の蛍光発光に対する溶媒効果を精査した結果、アミン部位に電子供与性アリール基を持つ誘導体において、無極性溶媒中でのみ選択的に発光を示す新奇現象を見出した。③ 架橋キサンテン系色素の熱力学的安定性に関する検討を行った結果、分子内の適切な位置に水酸基を有していることが、色素安定性を大幅に改善することがわかった。一方で、水酸基導入は蛍光波長も大きく変化させてしまうことも明らかになった。

波長 1000 nm ~ 1400 nm の第 2 近赤外光学窓（NIR-II）領域は、生体組織による光の吸収や散乱、自家蛍光の影響が非常に少ないため、色素を利用した生体深部の蛍光イメージングに適しており近年注目されている。一方で、NIR-II 領域で光吸収や蛍光を示す NIR-II 色素は、大きな分子サイズや低い熱力学的安定性などの問題を有している。本研究は，申請者オリジナルの「架橋キサンテン色素」をプラットフォームとし、小さな分子サイズと熱力学的安定を両立した NIR-II 色素をデザイン・創製することを目的とする。そして、創出した色素の蛍光プローブとしての有用性を明らかにすることを2つ目の目的とする。上記の研究目的を達成するため、昨年度は低分子量と熱力学的安定性を両立したNIR-II色素の創出に取り組んだ。以下に得られた3つの成果について示す。① まず、NIR-II 候補化合物の選定のため、フルオレセイン型、ロドール型、ローダミン型の架橋キサンテン系色素の合成に取り組んだ。その結果、いずれの架橋キサンテン色素誘導体の合成にも成功したことに加え、色素の精製方法を見直すことで、ワンポットでの合成方法を確立した。② 続いて、架橋キサンテン系色素の光物性検討を行った結果、フルオレセイン型色素が最も長波長の蛍光発光を示すことがわかった。さらに興味深いことに、ロドール型架橋キサンテン系色素の蛍光発光に対する溶媒効果を精査した結果、アミン部位に電子供与性アリール基を持つ誘導体において、無極性溶媒中でのみ選択的に発光を示す新奇現象を見出した。③ 架橋キサンテン系色素の熱力学的安定性に関する検討を行った結果、分子内の適切な位置に水酸基を有していることが、色素安定性を大幅に改善することがわかった。一方で、水酸基導入は蛍光波長も大きく変化させてしまうことも明らかになった。