竜谷大,光で内包物を放出する結晶カプセル開発

龍谷大学の研究グループは,光を照射することで内包物を放出する結晶カプセルを作成した(ニュースリリース)。

光を照射すると結晶が割れたり跳んだりする現象は,フォトサリエント現象として,ここ10年近くにわたって研究されてきた。

この現象は,光を当てることで結晶を構成する有機分子に光反応が起こり,別の分子に変わるなどして分子のサイズが初めの状態と変わることで,結晶表面にひずみが生じ結晶が破壊されるというもの。

しかしながら,光で結晶が壊れるだけでは,実用性や機能は期待しにくい。研究グループは,ジアリールエテン(DAE)と呼ばれる熱的な安定性に優れたフォトクロミック化合物(光で色の変わる化合物)の研究を続けており,光で結晶が曲がるなどの応答挙動を検討してきた。

しかし,光でカプセル内に収めたものを放出するカプセルについては世界に例がなく,これまで光応答カプセルの開発に取り組んできた。

研究では,結晶カプセルを形成する分子構造を試行錯誤することで,分子1o(oは開環体open-ring isomerの頭文字)が,有機結晶を溶媒中で成長させる通常の再結晶法により7.7%の収率で結晶カプセルが生成した。

結晶カプセルを作成した報告は既にあるが,カプセル内にどうやって他の物質を入れるのかが問題になる。シュークリームのように外壁の一か所に穴をあけてクリームを注入する等の方法は使えず,結晶内部に自由に物質を内包させ,それを放出するような結晶カプセルのシステムは,今まで存在しなかった。

そこで,有機溶媒の中に,内包させる物質とDAEを溶解させると,その物質を内包させたDAEカプセルが生成した。今回は,識別しやすい内包物として,緑色の蛍光を発するフルオレッセインという蛍光色素を選んだ。

この蛍光色素とDAE1oを溶解させたアルコールの混合溶液を室温で放置すると,溶媒が蒸発するに従い,フルオレッセインのアルコール溶液を内包した1oの結晶カプセルが21%の収率で生成した。紫外光を照射すると結晶カプセルは,フォトサリエント効果により壊れ,緑の蛍光がカプセル周囲に広がった。

再結晶の時間を短縮すると得られる結晶カプセルのサイズも小さくすることができるという。また,生体の窓と呼ばれる波長域の近赤外光の照射でもこのカプセルを割ることができる。

そして,この結晶では分子が規則正しく一方向に並んでいるために,ある方向の偏光だけがサリエント現象を誘起できるという点にも特徴があり,それを利用した応用も期待できるとしている。

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