【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.24】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

21UE0001

利用課題名 / Title

生物・化学発光の分子基盤確立と材料開発展開

利用した実施機関 / Support Institute

電気通信大学 / UEC

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

有機合成,分子構造,結晶構造,光計測,反応解析,生体機能,核磁気共鳴/Nuclear magnetic resonance,クロマトグラフ/Chromatography,質量分析/Mass spectrometry,赤外・可視・紫外分光/Infrared and UV and visible light spectroscopy,核磁気共鳴/Nuclear magnetic resonance,クロマトグラフ/Chromatography,赤外・可視・紫外分光/Infrared and UV and visible light spectroscopy,X線回折/X-ray diffraction,質量分析/Mass spectrometry,資源使用量低減技術/ Technologies for reducing resource usage,未利用資源の有効利用技術/ Technologies for effective utilization of unused resources,ナノ粒子/ Nanoparticles,メソポーラス材料/ Mesoporous material

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

平野 誉

所属名 / Affiliation

電気通信大学大学院情報理工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

松橋千尋,山崎倫尚,納田菜摘,當眞英明,名内拓海,石川健晴,佐藤拓実,山澤奈穂

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

桑原大介,北田昇雄

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UE-003：溶液NMR装置
UE-018：精密構造解析用X線回折装置
UE-005：HPC型単結晶X線回折装置
UE-012：高速応答FT-IR
UE-013：ESI-TOF型質量分析計

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

我々は、「生物発光」に学ぶバイオイメージング技術の光化学基盤を提供するため、反応機構の解明と機能性発光物質の開発を進めている。具体的に、ウミホタル、オワンクラゲ、ホタルを中心に、生物発光の高性能発光の仕組みを分子レベルで解明し、この知見を光機能材料の開発に活かす研究を行っている。併せて、結晶内の化学反応によって化学発光を示すソフトクリスタル化学発光系の創製を推進している。特に、化学発光イメージングにより結晶反応の反応学理の構築と結晶発光材料開発を進めている。

実験 / Experimental

生物発光と化学発光を示す有機化合物（発光基質）を設計、合成し、その発光特性を評価する実験を行った。発光基質の有機合成を行い、その構造決定や反応解析のためにNMR装置 (ECA－500)、ESI-TOF型質量分析計 (JMS-T100 Accu TOF)、MALDI-スパイラルTOF 質量分析装置 (JMS-S3000)、FT-IR分光計 (Nicolet 6700)を利用している。結晶内での化学発光反応を解析する研究では、作製した単結晶の構造解析のために単結晶X線回折装置 (XtaLab Synergy)を利用し、結晶の加熱に伴う熱物性変化を熱分析装置 (DSC8230/TG8120)で評価、結晶性の確認のために粉末X回折測定を粉末X線測定装置 (Ultima III)とX線回折装置 (SmartLab)を用いて回折パターンを測定して評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

　生物発光研究では、新規なホタル発光系の生物発光基質を有機合成して発光酵素との反応による発光特性を評価した。その結果、発光基質のπ共役構造を反映して発光極大波長の制御に成功した。バイオイメージング等の生体分析応用の基礎となる論理的な高性能発光基質の分子設計指針の情報を提供している。
　化学発光研究では、結晶性の化学発光基質を有機合成して結晶試料の加熱による発光反応を光検出で追跡し解析した。新たな化学発光系として芳香族化合物のエンドペルオキシドを用いて検討した結果、熱分解で生成する一重項酸素由来の近赤外発光の観測に成功した。近赤外領域の化学発光は結晶中での再吸収等の影響を受けにくいため、結晶反応解析を進めるための有力な反応系になると期待される。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

下記の共同研究者の皆様に深く感謝いたします。植草秀裕 准教授（東工大），大山滉永氏（東工大植草研），佐藤文菜 講師（自治医科大），一柳光平 博士（高エネ研、現在SPring-8），森川淳子 教授（東工大），劉 芽久哉 博士（東工大・AIST），藤澤弘樹氏（東工大森川研），小畑繁昭 博士（コンフレックス），中山尚史 博士（コンフレックス），後藤仁志 教授（豊橋技科大），山路 稔 准教授（群馬大），長谷川真士 講師（北里大），真崎康博 教授（北里大）， V. R. Viviani 教授（ブラジル・サンカルロス大）

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Chihiro Yoshida, Synthesis of polyenylpyrrole derivatives with selective growth inhibitory activity against T-cell acute lymphoblastic leukemia cells, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 37, 127837(2021).
   DOI: 10.1016/j.bmcl.2021.127837
   
2. Genta Kamiya, Development of Phenyl Oligoene-type Firefly Luciferin Analogues with Extended π-Electronic Conjugation for Near-infrared Bioluminescence, Chemistry Letters, 50, 1523-1525(2021).
   DOI: 10.1246/cl.210261
   
3. Norihisa Yamasaki, Singlet-oxygen Chemiluminescence from Heated Crystal Samples of 9,10-Diphenylanthracene Endoperoxides, Chemistry Letters, 50, 1681-1683(2021).
   DOI: 10.1246/cl.210354
   
4. Chihiro Matsuhashi, (Invited) A Soft-Crystal Chemiluminescence System: Luminescence Property of Adamantylideneadamantane 1,2-Dioxetanes Conjugated with a Fluorophore, ECS Meeting Abstracts, MA2021-01, 699-699(2021).
   DOI: 10.1149/MA2021-0115699mtgabs
   
5. Takashi Hirano, (Invited) Study on Soft-Crystal Chemiluminescence, a Solid-State Chemistry to Support Devise Development, ECS Meeting Abstracts, MA2021-01, 697-697(2021).
   DOI: 10.1149/MA2021-0115697mtgabs
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. Chihiro Matsuhashi, Hironaga Oyama, Hidehiro Uekusa, Hiroki Fujisawa, Meguya Ryu, Junko Morikawa, Ayana Sato-Tomita, Kohei Ichiyanagi, and Takashi Hirano, “Thermal Reaction-induced Phenomena in Soft Crystals Found with 1,2-Dioxetane Chemiluminescence,” 3rd International Symposium on Soft Crystals jointed with 4th Internal Symposium on Photofunctional Chemistry of Complex Systems and IIS U Tokyo Symposium (Hawaii and on-line), Abstract p. 28 (2021, 12, 13).
2. Chihiro Matsuhashi, Takuya Ueno, Hironaga Oyama, Hidehiro Uekusa, Ayana Sato-Tomita, Kouhei Ichiyanagi, Meguya Ryu, Junko Morikawa, Shojiro Maki, and Takashi Hirano, “Crystalline-state chemiluminescence properties of 1,2-dioxetanes with structurally modulated chromophores,” Pacifichem 2021 (On line), (03) Organic: Poster-Virtual (2021.12 20).
3. 松橋千尋, 大山滉永, 植草秀裕, 佐藤文菜, 一柳光平, 牧昌次郎, 平野 誉, “２つの蛍光団を持つアダマンチリデンアダマンタン1,2-ジオキセタンの結晶内化学発光特性評価”, 2021年光化学討論会講演要旨集(web開催), 3C07 (2021.9.16).
4. 山﨑倫尚, 松橋千尋, 大山滉永, 植草秀裕, 森川淳子, 劉芽久哉, 牧昌次郎, 平野 誉, “アントラセンエンドペルオキシド結晶の加熱による近赤外化学発光の反応解析”, 2021年光化学討論会講演要旨集(web開催), 3C08 (2021.9.16).
5. 松橋千尋, 劉芽久哉, 藤澤弘樹, 大山滉永, 植草秀裕, 森川淳子, 牧昌次郎, 平野 誉, “アダマンチリデンアダマンタン 1,2-ジオキセタンの結晶化学発光特性と初期過程における速度論の評価”, 第31回基礎有機化学討論会要旨集(web開催), 1P044 (2021.9.21).
6. 山﨑倫尚, 松橋千尋, 大山滉永, 植草秀裕, 森川淳子, 劉芽久哉, 牧昌次郎, 平野 誉, “アントラセンエンドペルオキシド誘導体の結晶加熱による近赤外化学発光反応機構の解析”, 第31回基礎有機化学討論会要旨集(web開催), 3C06 (2021.9.23).
7. 松橋千尋, 藤澤弘樹, 劉芽久哉, 平野 誉, 森川淳子, “色素連結型アダマンチリデンアダマンタン 1,2-ジオキセタンの構造異性体結晶における化学発光特性および熱拡散率変化の評価”, 第42回日本熱物性シンポジウム (オンライン), C114 (2021.10.25).
8. 松橋千尋, 藤澤弘樹, 劉芽久哉, 辻井哲也, 平野 誉, 森川淳子, “蛍光団を導入したアダマンチリデンアダマンタン 1,2-ジオキセタンの結晶化学発光特性と熱物性の相関”, 第57回熱測定討論会 (オンライン), 2A1040,(2021.10.28).
9. 北田昇雄, 神谷弦太, 森屋-齊藤亮平, 岩野 智, 平野 誉, 牧昌次郎, “マルチカラールシフェリンアナログの開発”, 日本化学会第102春季年会（web開催）, K6-3am-09 (2022.3.25).

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件