微小光共振器中への熱活性化遅延蛍光・残光の光閉じ込めによる新規光物性の開拓

通过在微观光学腔中光学限制热激活延迟荧光和余辉来开发新的光学特性

• 批准号: 19J00461
• 负责人: 岡田 大地
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J00461/
• 关键词: マイクロ共振器; レーザー; 強結合; 光物性; マイクロ共振器; レーザー; 強結合; 光物性

熱活性化遅延蛍光分子は、三重項から一重項への逆項間交差過程を伴うことで、マイクロ秒の長寿命発光を示す。しかしながら、三重項励起状態は酸素との反応性が非常に高いため、大気中では、三重項の寄与が失われ、長寿命発光の成分が非常に弱くなる。また分子内電荷分離をもと設計された熱活性化遅延蛍光分子は極性溶媒中にて発光効率が急激に落ちる。そのような問題がある中、本研究では、時間分解バイオトラッキング粒子の作成を目的とし、長寿命・高効率な発光特性を示すマイクロ球状共振器の作成を行なった。また、近赤外発光体を導入することで、長寿命かつ近赤外に発光するシステムの構築にも試みた。本研究では、ホスト材料、熱活性化遅延蛍光分子、近赤外蛍光体、界面活性剤の4種を混合し球状構造体の作成に試みた。析出法としては、貧溶媒の水と、アセトン溶液の、液-液界面析出法を用いた。結果として非常に形状の整った構造体の作成に成功した。これらの球状構造体は水分散液にて70%に近い良好な蛍光量子収率を示すと共に長寿命発光成分も観測された。ホスト分子が水や酸素との接触を防護しているためと考えられる。またこれらの球状一粒子を選択し、顕微分光装置にてその1粒子の発光スペクトルを観測すると、大気中・水中いずれにおいても、WGMに由来する共振スペクトルが観測された。さらに、励起強度を上げていくと、レーザー発振が観測された。水中においても優れた共振発光および近赤外領域の長寿命発光を示すマイクロ共振器はバイオセンシングや細胞追跡材料として優れた力を発揮することが期待できる。熱活性化遅延蛍光分子を用いて強結合状態の評価を行なった。熱活性化遅延蛍光分子からなるニート膜を成膜し、銀ミラーで挟まれたファブリペロー型共振器構造体を作成した。膜厚を調整することで、強結合を実現した。ラビ分裂エネルギーは0.48eVであり、比較的大きい値であった。

热激活的延迟荧光分子由于从三重态到单线的末端交叉过程而表现出长寿命的微秒排放。但是，由于三胞胎激发态对氧的反应性很高，因此三胞胎在大气中丢失了，导致长期发射的非常弱。此外，基于分子内电荷分离设计的热激活的延迟荧光分子在极性溶剂中发光效率突然下降。在此类问题中，这项研究旨在创建时间分辨的生物刺激颗粒，并产生具有长寿命和高效率发光特性的微圈谐振器。此外，通过引入近红外发光材料，我们还试图构建一个发射长寿并发出近红外光的系统。在这项研究中，我们试图通过混合四种类型的宿主材料，热激活的延迟荧光分子，近红外磷酸盐和表面活性剂来创建球形结构。作为一种沉淀方法，使用了液 - 液界面沉淀方法作为较差的溶剂和丙酮溶液。结果，我们成功地创建了一个非常良好的结构。这些球形结构在水分散体中表现出良好的荧光量子产率接近70％，并且也观察到了长寿发光成分。这被认为是因为宿主分子可以防止与水和氧气接触。此外，当选择这些球形颗粒并使用微光谱计观察一个粒子的发射光谱时，在大气和水中都观察到了源自WGM的谐振光谱。此外，随着激发强度的增加，观察到激光振荡。可以预期，在近红外区域表现出极好的共振发射和长寿命发射的微谐振器，可以表现出极好的功率，作为生物传感和细胞跟踪材料。热激活的延迟荧光分子用于评估较强的结合态。由热激活的延迟荧光分子制成的整洁膜成立，形成了夹在银镜之间的Fabry-Perot类型的谐振器结构。通过调整膜的厚度，可以实现牢固的粘结。拉比分裂能量为0.48 eV，这是一个相对较大的值。