ナノ空間を用いたゲスト分子の超核偏極とその応用

纳米空间客体分子的超核极化及其应用

• 批准号: 22KF0291
• 负责人: 楊井 伸浩
• 金额: $ 1.41万
• 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: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0291/
• 关键词: 動的核偏極; NMR; 光励起三重項; ナノ多孔体; 動的核偏極; NMR; 光励起三重項; ナノ多孔体

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。

核磁共振光谱（NMR）和磁共振成像（MRI）用于分子结构分析和诊断，是现代科学和医学中的必要技术。但是，这些技术面临着非常敏感的挑战。这是由于核自旋的极化低，并且使用电子旋转较高极化以增加核自旋的极化的方法称为动态核极化（DNP）。使用自由基的常规DNP需要极低的低温条件约为1 K，但是使用激发三重态的DNP（三重态DNP）的特征是即使在室温下运行。这项研究的目的是实现纳米多孔材料中的三重态DNP，并将核极化转移到宾客分子中，从而在室温下进行高度敏感的NMR和MRI测量，这一直很困难。作为纳米多孔材料，使用了具有纳米多孔材料的无机多孔物体，例如二氧化硅和氧化铝。使用了极化源，并通过优化诸如溶剂和浓度等条件，我们能够成功地感叹纳米多孔二氧化硅和氧化铝的表面，而无需汇总卟啉衍生物。已经证实，通过时间分辨的ESR测量所获得的染料支持的纳米多孔体形成了极化三重态。二氧化硅和氧化铝存在一个问题，即质子（1H）的松弛时间无法在极化状态中积累，但是新样品处理方法的发展已经成功地制备了较长的松弛时间的纳米多孔体。