生命現象における「熱」を視る小さな蛍光分子温度計の開発 ~温度変化による微小な極性変化を蛍光色素で可視化~

ad

2025-03-26 東京科学大学

東京科学大学物質理工学院応用化学系と九州大学大学院医学研究院の共同研究チームは、温度変化による微小な極性変化を高精度で可視化する小型の蛍光分子温度計を開発しました。​この新しいソルバトクロミック蛍光色素(FπF)は、強い電子吸引性基であるトリフルオロアセチル基を用いることで、過去に例のない大きな発光波長変化と蛍光強度変化を示します。これにより、温度上昇時に溶媒の極性が僅かに低下する現象を、大きな蛍光スペクトルと強度の変化で可視化することが可能となりました。さらに、蛍光スペクトルの二点の蛍光強度比を分析することで、高感度(1.5 %/℃)かつ高分解能(< 0.1℃)の温度測定を実現しました。この色素を生きた細胞の液滴に導入し、細胞内でも温度計として機能することが確認されました。この成果は、細胞や高分子材料などの局所的な温度変化を明らかにし、生命現象の解明や新しい材料開発への応用が期待されます。

<関連情報>

単一分子レシオメトリック温度計のための強いソルバトクロミズムを有するD-π-Aフルオロフォア D−π–A Fluorophores with Strong Solvatochromism for Single-Molecule Ratiometric Thermometers

Alto Hori,Atsushi Matsumoto,Junichi Ikenouchi,and Gen-ichi Konishi
Journal of the American Chemical Society  Published: March 5, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c01173

Abstract

生命現象における「熱」を視る小さな蛍光分子温度計の開発 ~温度変化による微小な極性変化を蛍光色素で可視化~

Fluorescence thermometry has emerged as a significant area of research in the field of remote temperature sensing with high accuracy. However, the development of noninvasive and reliable small organic fluorescence thermometers (FTs) remains challenging. In this study, we developed a high-sensitivity, high-resolution small organic ratiometric FT with a solvatochromic dye and analyzed its temperature response mechanism. π-Extended fluorene-based D−π–A-type small solvatochromic dyes (FπAc, FπF, and FπVC) were synthesized and characterized. A significant solvatochromic shift of >200 nm was observed between n-hexane and tetrahydrofuran (THF) for both FπF and FπVC, with emission in THF reaching the red region (701 nm, 828 nm). This substantial solvatochromic shift was accompanied by a concurrent decrease in the fluorescence quantum yield and is attributable to accelerated internal conversion. The fluorescence spectra of FπF in THF and FπVC in diethyl ether exhibited blue shifts and increased fluorescence intensities with a decrease in polarity at increased temperatures. Our observations revealed an absolute sensitivity of 21%/°C and a relative sensitivity of 3.0%/°C at the maximum. These results represent the highest sensitivity and resolution reported for single fluorophore small organic ratiometric FTs dispersed in solution. The positive temperature coefficient of the fluorescence intensity was attributed to control of the nonradiative decay pathway by solvatochromism. The temperature responsiveness of FπF could be detected in living HeLa cells by ratiometric confocal microscopy. Using the proposed strategy to develop FTs, we plan to build a library of FTs that will cover various environments of interest in both simple and complex systems.

0500化学一般
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました