フルカラー蛍光スイッチングを可能とする蛍光性フォトクロミック多成分ナノ粒子の開発

光により蛍光特性（強度や波長）を可逆的にスイッチできる「蛍光性フォトクロミック分子」は、超高密度光メモリや光の回折限界を越えた超解像蛍光イメージングへの応用が可能な次世代の光機能性分子材料として重要である。これまではフォトクロミック反応により蛍光の「強度」を制御することに焦点が当てられてきたが、近年ではバイオイメージングにおけるマルチカラー蛍光ラベリングや表示材料への応用の観点から、「強度」だけではなく「色（波長）」を光で制御する試みが活発化してきている。しかしながら、任意の蛍光色へと光で自在に制御できる研究は未だに報告されていない。そこで、本研究者は蛍光色を光で選択的に制御可能なマルチカラー蛍光スイッチング分子システムの開発を目指した研究に取り組んだ。この目標に向け、3年目では分子内に励起光である波長380 nmの光を効率良く吸収するアンテナユニットと赤色蛍光色素を連結させた蛍光性フォトクロミック分子を新たに合成し、アンテナユニットからのエネルギー移動を用いることにより、赤色の蛍光強度の増強を試みた。その結果、アンテナユニットを持たない分子と比較すると、10倍程度強い蛍光を発することが認められた。また、研究を遂行していく中で、蛍光性ジアリールエテンナノ粒子の超高効率的な非線形蛍光スイッチング特性を利用することで、従来とは異なる簡便な手法で超解像蛍光イメージングを行えることを見出した。そこで、３年目では高い光耐久性を有する蛍光色素であるペリレンビスイミドを連結した蛍光性ジアリールエテン（DAE-PBI）を合成し、そのナノ粒子の蛍光スイッチング特性と光耐久性を評価することにも着手した。その結果、DAE-PBIは既存の分子のナノ粒子の蛍光強度が50%程度まで減少する光照射条件下においても、その蛍光強度が全く変化しないほどの高い光耐久性を有することが認められた。

光により蛍光特性（強度や波長）を可逆的にスイッチできる「蛍光性フォトクロミック分子」は、超高密度光メモリや光の回折限界を越えた超解像蛍光イメージングへの応用が可能な次世代の光機能性分子材料として重要である。これまではフォトクロミック反応により蛍光の「強度」を制御することに焦点が当てられてきたが、近年ではバイオイメージングにおけるマルチカラー蛍光ラベリングや表示材料への応用の観点から、「強度」だけではなく「色（波長）」を光で制御する試みが活発化してきている。しかしながら、任意の蛍光色へと光で自在に制御できる研究は未だに報告されていない。そこで、本研究者は蛍光色を光で選択的に制御可能なマルチカラー蛍光スイッチング分子システムの開発を目指した研究に取り組んだ。この目標に向け、3年目では分子内に励起光である波長380 nmの光を効率良く吸収するアンテナユニットと赤色蛍光色素を連結させた蛍光性フォトクロミック分子を新たに合成し、アンテナユニットからのエネルギー移動を用いることにより、赤色の蛍光強度の増強を試みた。その結果、アンテナユニットを持たない分子と比較すると、10倍程度強い蛍光を発することが認められた。また、研究を遂行していく中で、蛍光性ジアリールエテンナノ粒子の超高効率的な非線形蛍光スイッチング特性を利用することで、従来とは異なる簡便な手法で超解像蛍光イメージングを行えることを見出した。そこで、３年目では高い光耐久性を有する蛍光色素であるペリレンビスイミドを連結した蛍光性ジアリールエテン（DAE-PBI）を合成し、そのナノ粒子の蛍光スイッチング特性と光耐久性を評価することにも着手した。その結果、DAE-PBIは既存の分子のナノ粒子の蛍光強度が50%程度まで減少する光照射条件下においても、その蛍光強度が全く変化しないほどの高い光耐久性を有することが認められた。