イオン液体を基盤とするフォトン・アップコンバージョン分子システムの開発

基于离子液体的光子上转换分子系统的研制

基本信息

批准号：
16F16042
负责人：
君塚信夫
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：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-10-07 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、タンパク質と色素分子との複合化によりフォトン・アップコンバージョンを示す生体適合性材料を創出することを目的とした。戦略として、タンパク質ゼラチンが水素結合ネットワークを形成しうることに着目した。アニオン性のアクセプター分子は、ゼラチンのカチオン性残基と静電的に結合して疎水性を上げることにより、ゼラチン分子の会合を促進し、その結果、密な水素結合ネットワークができることが判った。次に電気的中性のドナー分子を可溶化するために、非イオン性の界面活性剤を用いた。ゼラチン、界面活性剤、ドナー分子ならびにアニオン性アクセプター分子を混合し、加熱溶解したところ、冷却に伴いハイドロゲルを形成した。驚くべきことに、このドナー・アクセプターを導入したゼラチンゲルは、大気下においてフォトン・アップコンバージョンを示した。このことは、発達したゼラチンの水素結合ネットワークが酸素の侵入を防ぎ、水中・空気中における高効率アップコンバージョンを可能にしたことを意味する。海面下製剤の導入により、非イオン性色素分子をゲル中に内包させることができ、共焦点レーザー顕微鏡より、ゼラチンゲル中にマイクロサイズのアップコンバージョン機能を有する超分子コンパートメントが形成されていることが判った。この成果を、アメリカ化学会誌に発表した(JACS, 2018, 140, 10848-10855)。

这项研究的目的是创造一种生物相容性材料，通过结合蛋白质和染料分子来表现出光子上转换。作为一种策略，我们关注的是蛋白质明胶可以形成氢键网络这一事实。研究发现阴离子受体分子通过静电结合明胶的阳离子残基并增加其疏水性来促进明胶分子的缔合，从而形成致密的氢键网络。接下来，使用非离子表面活性剂来溶解电中性供体分子。当明胶、表面活性剂、供体分子和阴离子受体分子混合并通过加热溶解时，随着混合物冷却形成水凝胶。令人惊讶的是，掺入这种供体-受体的明胶凝胶在大气条件下表现出光子上转换。这意味着明胶发达的氢键网络可以防止氧气进入，并在水和空气中实现高效的上转换。通过引入表面下制备，非离子染料分子可以被封装在凝胶中，共焦激光显微镜显示在明胶凝胶中形成了具有微米级上转换功能的超分子隔室。该成果发表在《美国化学会杂志》上（JACS, 2018, 140, 10848-10855）。