2023-03-02 九州大学
ポイント
- 有機分⼦集合体で⽣じるエネルギー変換現象として知られる⼀重項励起⼦分裂（シングレット・フィッション）は、これまで太陽電池などエネルギー分野への応⽤が想定されてきたが、その特殊な量⼦状態に着⽬した応⽤は未開拓だった。
- ⽔系溶媒中で有機⾊素分⼦の集合構造を⼈為的に制御することで、⼀重項励起⼦分裂によって特殊な量⼦状態である五重項状態を作りだし、⽔分⼦の⾼核偏極化（核磁気共鳴（NMR）感度の増⼤）に初めて成功した。
- 今後、⼀重項励起⼦分裂を⽤いた⽣体分析への応⽤が期待される。
概要
⼀重項励起⼦分裂はシングレット・フィッションとも呼ばれ、光照射によって⽣成された⼀分⼦の励起⼀重項状態が密集した有機⾊素分⼦同⼠がエネルギーを共有することで、その⼆分⼦を励起三重項状態へと変換する技術です。従来の⼀重項励起⼦分裂の応⽤例としては光エネルギー収⽀に着⽬した太陽光発電の⾼効率化が主流でしたが、⼀重項励起⼦分裂によって⽣み出される五重項状態と呼ばれる特殊な量⼦状態に着⽬した応⽤研究は未開拓でした。
今回、九州⼤学⼤学院⼯学研究院の川嶋優介⼤学院⽣（当時）、濱地智之⼤学院⽣、楊井伸浩准教授、同⼤学⼤学院理学研究院の宮⽥潔志准教授、北⾥⼤学理学部物理学科の渡辺豪准教授の共同研究グループは、九州⼤学⼤学院⼯学研究院の君塚信夫教授、同⼤学⼤学院理学研究院の恩⽥健教授、神⼾⼤学分フォトサイエンス研究センターの⼩堀康博教授、理化学研究所開拓研究本部及び仁科加速器科学研究センターの上坂友洋主任研究員、⽴⽯健⼀郎研究員らと共同して、⼀重項励起⼦分裂により⽣じる偏極した五重項状態を⽤い、⽔分⼦のNMR 信号強度を向上させる新たな⼿法の開発に成功しました。
⽔分⼦のNMR シグナルの増⼤は、磁気共鳴イメージング (MRI）を始めとする⽣体分析の分野で特に重要です。従来、⼀重項励起⼦分裂は太陽電池などエネルギー分野への応⽤が想定されてきましたが、本研究成果では、その量⼦状態を⽤いたNMR 感度の増感というバイオ分野への新たな応⽤を提案しています。
本研究成果は、2023年3⽉1⽇（⽔）午後7時(⽇本時間)にNature Research の国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
⼀重項励起⼦分裂によって⽣成された五重項状態を⽤いた核 スピンの⾼偏極化のイメージ
楊井准教授からひとこと
第⼆次量⼦⾰命が起きる中、化学者としてどのような貢献ができるかという問題意識を持っています。量⼦⼒学と⽣命科学という⼤きく離れた異分野の間を橋渡しできるのが材料化学であり、今回の研究はその“さきがけ”であると考えます。
論文情報
掲載誌：Nature Communications
タイトル：Singlet fission as a polarized spin generator for dynamic nuclear polarization
（動的核偏極法のための偏極スピン⽣成への⼀重項励起⼦分裂の応⽤）
著者名：川嶋優介・濵地智之・⼭内朗⽣・⻄村亘⽣・中島悠真・藤原才也・君塚信夫・笠僚宏・⽥村徹・⻄郷将⽣・恩⽥健・佐藤俊輔・⼩堀康博・⽴⽯健⼀郎・上坂友洋・渡辺豪・宮⽥潔志・楊井伸浩
DOI：10.1038/s41467-023-36698-4
研究に関するお問い合わせ先
⼯学研究院 楊井 伸浩 准教授
