九州大学,北里大学,神戸大学,理化学研究所,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和５年３月１日

九州大学
北里大学
神戸大学
理化学研究所
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

水を高核偏極化する色素材料の開発に成功

～一重項励起子分裂（シングレット・フィッション）の新しい応用を提案～

ポイント

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１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２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、神戸大学 分子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 開拓研究本部およ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）（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す。

本研究の一部は、ＪＳＴ さきがけ「量子技術を適用した生命科学基盤の創出」領域（ＪＰＭＪＰＲ１８ＧＢ、研究課題名：超核偏極ナノ空間の創出に基づく高感度生体分子観測）、ＪＳＴ 創発的研究支援事業（ＪＰＭＪＦＲ２０１Ｙ、研究課題名：ＭＲＩ・ＮＭＲの未来を担う「トリプレット超核偏極の材料化学」）、日本学術振興会科学研究費（ＪＰ１７Ｈ０６３７５、ＪＰ１９Ｈ０２５３７、ＪＰ１９Ｈ０５７１８、ＪＰ１９Ｋ１５５０８、ＪＰ２０Ｈ０５１０６、ＪＰ２０Ｈ０２７１３、ＪＰ２０Ｋ２１２１１、ＪＰ２０Ｈ０５６７６、ＪＰ１９Ｈ００８８８、ＪＰ２０Ｈ０５８３１、ＪＰ２１Ｊ１３０４９）、ＪＳＴ 次世代研究者挑戦的研究プログラム（ＪＰＭＪＳＰ２１３６）、ＪＳＴ 科学技術イノベーション創出に向けた大学フェローシップ創設事業（ＪＰＭＪＦＳ２１３２）、新日本先進医療研究財団、積水化学 自然に学ぶものづくり研究助成プログラム、理研－九大 科学技術ハブ共同研究プログラム、理化学研究所 独創的研究課題「動的構造生物学」、九州大学 エネルギー研究教育機構（Ｑ－ＰＩＴ）のモジュール研究プログラムからの支援により行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Singlet fission as a polarized spin generator for dynamic nuclear polarization”
ＤＯＩ：10.1038/s41467-023-36698-4

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Singlet fission as a polarized spin generator for dynamic nuclear polarization”

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