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光とマイクロ波でナノ多孔性材料を高核偏極化九州大学,理化学研究所 研究グループ

 九州大学と理化学研究所の研究グループは,ナノ多孔性材料を室温で高核偏極化することに成功したと発表した。
 原子が持つ微小な磁石である核スピンの振る舞いを電磁波の吸収・放出から観測することで,分子の構造や運動性を非破壊的に分析することができる。この技術は,化学の分野では核磁気共鳴分光法,医療の現場では磁気共鳴画像法(MRI)として欠かせないツールとなっている。しかし,これらの感度はほかの分析法と比較すると非常に低く,例えば,MRIでは主に生体内に膨大に存在する水分子の1H核の画像化に限定されている。
 感度が低い原因は核スピンの低い偏極率だが,その偏極率を向上させる技術が動的核偏極(DNP:Dynamic Nuclear Polarization)法である。中でも,特定の分子(偏 極源)を光励起し,三重項電子に出現する大きな偏極を核の偏極へと移行するTriplet-DNP法は,核スピンの偏極率を室温で大幅に向上できるため,近年注目を集めている。
 しかし,従来のTriplet-DNP法は,高感度化したい生体分子を取り込むことが難しい有機結晶,もしくは室温で偏極を蓄積することが難しいガラス中でのみ行われており,高感度MRIへの応用は制限されていた。
 同グループは,多孔性金属錯体(MOF)を用い,Triplet-DNPによってMOF骨格の1H核を室温で高偏極化することに成功した。偏極が保たれる時間を長くするため部分的に重水素化を施したMOFに新たに設計した偏極源を導入し,得られた複合体に対して光照射による電子スピンの偏極の生成とマイクロ波照射による1H核への偏極移行を行った。このTriplet-DNP処理後に複合体のNMR信号強度に明確な増強がみられ,MOF骨格の1H核が約50倍高偏極化されたことが確認された。
 MOFは構成分子や金属イオンの種類によって容易に細孔サイズや表面特性を制御可能であるため,今後,様々な生体分子を細孔内で高偏極化し,高感度MRI観測を可能にするシステムの開拓へと繋がることが期待される。

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