公大、金属錯体が水中で自然に集まって小さな粒子を形成し発光することを解明

大阪公立大学の研究グループは、希土類イオンと有機分子からなる金属錯体が水中で自然に集まって小さな粒子を形成し発光すること、また、その発光強度が溶液の酸性・アルカリ性（pH）によって変化することを見出した（ニュースリリース）。

レアアースとして知られる希土類イオンの発光は、非常にシャープで寿命が比較的長く、周りの環境が変わっても発光の色が変わりにくい特性があることから、レーザーなどの発光材料として利用されている。

希土類錯体の発光は、有機配位子から金属イオンへのエネルギー移動により、金属イオンを励起することで起こる。また水中では消光するため、多座配位子を利用して水分子の配位を防ぐことで、安定した強い発光が可能になる。

一方、水溶液中で光る金属錯体は、水溶液中のイオンや分子を検出する化学センサーや、生体中のバイオセンサーなどへの応用が期待されている。研究グループはこれまでに、水溶液中で光る希土類錯体を開発してきたが、錯体自身に光を吸収する部位を持たないためそれ自身では発光が弱く、強い発光を得るためには光吸収能の高い有機分子をゲスト分子として添加する必要があった。

また、水溶液中の小さな無機イオンに対する発光応答は達成されたものの、生体分子を構成するアミノ酸など比較的大きなサイズのゲスト分子に対する発光センサーとして広く応用するためには課題が残った。

今回の研究では、可視光発光を示す錯体分子が水溶液中で自然に集まって集合体を形成し、その集合体の発光強度が溶液のpHによって変化することを見出した。希土類元素のテルビウム（Tb）を中心とした錯体PyL-Tbは、石けん分子のように水になじむ親水性部分と油になじむ疎水性部分の両方を持っており、エタノール水溶液中で直径数十nmという非常に小さな粒子を形成する。

このコロイド溶液に紫外光を当てると、鮮やかな緑色発光を示す。有機配位子にピリジン環を導入することで光増感部位として働き、ピリジン環からテルビウムへのエネルギー移動が効率よく起こっていることがわかった。

さらに、水溶液中のpHを酸性からアルカリ性へ変化させると、発光強度が強くなることもわかった。このように、錯体が分子集合体を形成した条件下においても、溶液のpH変化による発光応答が発現することを見出した。

研究グループは、この研究結果により、分子集合体のセンサー材料としての応用が期待されるとしている。