分子アンテナにより光スイッチを高感度化 ―スマート材料・光医療への応用に期待―

2026-08-20 東北大学

東北大学と独ハインリヒ・ハイネ大学デュッセルドルフの研究グループは、光捕集分子アンテナとアゾベンゼンを組み合わせ、可視光に対して高感度に作動する新しい光スイッチ分子を開発した。分子アンテナが可視光を効率的に吸収し、その光エネルギーをアゾベンゼンへ移動させることで、従来より鋭敏な光スイッチングを実現。安定したON/OFF状態と高感度応答を両立させた。アゾベンゼンは光照射によってトランス・シス間を可逆的に変化させられるため、外部刺激で機能を制御するスマート材料への応用が期待される。さらに、可視光で高速に作動するナノ材料や、光によって薬効を時空間的に制御する光医療への展開につながる新たな分子設計戦略を示した。

分子アンテナにより光スイッチを高感度化 ―スマート材料・光医療への応用に期待―
図1. 分子アンテナによるアゾベンゼンの高感度スイッチングの模式図

<関連情報>

分子アンテナによりアゾベンゼン光スイッチの可視光感度が向上する Molecular Antennae Enhance Visible-Light Sensitivity of Azobenzene Photoswitches

Yuta Chiba;Rio Shoji;Mira Kim;Shinya Takaishi;Ryota Sakamoto;Shirin Faraji;Ryojun Toyoda
Journal of the American Chemical Society  August 19, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c12118

Abstract

Molecular photoswitches, which convert light energy into molecular motion, have been applied to a wide range of functional materials and biomolecules, offering precise external control. In pursuit of enhanced photosensitivity, various molecular photoswitches have been developed to increase their photoisomerization quantum yields (PIQY, Φ). However, not only PIQY but also the molar absorption coefficient (ε) for utilizing more photons is essential to achieve high photosensitivity. Here, we synthesized an azobenzene photoswitch featuring BODIPY as a molecular antenna (AzoB). Unlike the conventional azobenzene-dye hybrid, the increased ε value achieved the enhancement of photosensitivity upon 505 nm irradiation. Quantum mechanical calculations revealed a nonradiative deactivation pathway that accounts for the weak photoluminescence of the BODIPY unit in AzoB. Excited-state minima and conical intersections governing the photoisomerization dynamics suggest a more efficient isomerization process compared to azobenzene, leading to enhanced response to low-energy light and suppressed photoluminescence. Furthermore, by replacing the BODIPY antenna with dipyrrin-zinc nanochains, a significant increase in ε was achieved as the nanochain was elongated, while the efficient exciton transfer in the nanochain antennae prevented PIQY deterioration. The εΦ value reached 8.1 × 103 M–1 cm–1 for the decanuclear nanochain, leading to the top class of photosensitivity for azobenzene actuation. These findings demonstrate the rational design strategy for molecular antennae and broaden the scope of sensitive molecular photoswitches.

0502有機化学製品
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