京大，CNTでアップコンバージョン発光を発見

京都大学の研究グループは，近赤外波長領域の優れた蛍光発光体として知られ，生体組織内部の発光イメージングや生体埋込型光バイオセンサー等への応用が期待されているカーボンナノチューブ（CNT）を，従来とは全く異なる新しい方法で光らせることが出来ることを発見した（ニュースリリース）。

物質に光を照射すると，照射した光とは異なる波長の光（蛍光）が放出されることがある。一般的な蛍光物質では，蛍光の波長は，照射した光の波長よりも長いことが「ストークスの法則」として知られている。今回研究グループは，CNTにおいて，「アップコンバージョン発光」と呼ばれる，ストークスの法則に従わない蛍光発光現象が生じることを世界で初めて見いだした。

今回の研究では，直径0.8nm程度のCNTに1100〜1200nm程度の波長の近赤外光を照射すると，波長が100〜200nm程度短くなった 950〜1000nm程度の蛍光が得られることが分かった。研究グループは，ナノチューブに特有のユニークなアップコンバージョン発光メカニズムも突き止めている。

従来，ナノチューブの蛍光を用いた生体内部のイメージングには，直径1nm程度のCNTから放出される波長1100〜1400nm程度の通常の（ストークスの法則に従う）蛍光発光が用いられてきた（照射光の波長は1000nm以下）。波長1400nm程度までの近赤外の波長領域は「生体の窓」と呼ばれ，光が生体組織に遮られにくいため，マウスなどの実験動物体内の血管や臓器等の発光イメージングに最適と考えられている。

しかしながら，波長1100nm以上の近赤外光は，広く普及しているシリコン製のCCDカメラでは全く捉える事ができないため，蛍光の検出に高価なレアメタル化合物半導体材料で作られた特殊なカメラを準備する必要があった。

今回の発見は，イメージングに利用する光波長の範囲を「生体の窓」領域内に保ったまま，照射光と蛍光の光波長を「入れ替える」ことを可能にする。すなわち，照射する光として生体透過性の高い波長1100nmの近赤外光を使って，シリコン製のCCDカメラで捉える事ができる1000nm以下の短い波長の領域でナノチューブを光らせることができることになる。

今回の発見は，CNTの新たな興味深い光物性が明らかになったという基礎科学的な意義に加えて，ナノチューブを用いた生体内部の発光イメージングや生体埋込型光バイオセンサーが，これまでよりも身近に，広く利用できるようになることに繋がるものだとしている。