並列タイトル等An electrochemical device for switching fluorescence with electronic and chemical signals
タイトル（掲載誌）平成17(2005)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書概要 = 2005 Fiscal Year Final Research Report Summary
一般注記金沢大学自然科学研究科
主な研究成果は次の3つにまとめられる。1.一入力信号による信号変換型の蛍光の制御は十分可能であり、例えば電子授受による蛍光のオンオフは分子スイッチとして応用できる。蛍光の切り替えという点から見ると、電気化学的および分光学的に不活性なポリマーに色素分子を固定する方が発光特性の点では優れているけれども、長時間の繰り返し中に色素分子が膜中から溶液中へ抜ける傾向があるので、色素の重合膜を用いる方が適している。他方、ゲスト濃度による電子信号や蛍光の変化は分子認識に活用できる。2.化学的相互作用の信号化には問題点が多いけれども、電気化学的酸化と還元、ゲストの有無を組合せて蛍光出力をオンオフすれば、原理的にはANDとORゲートを実現できる。アジン類色素の発光を制御するための化学信号としては水素イオン、1,1'-フェロセンジメタノール、NADH,ドーパミンなどが候補として挙げられるが、水素イオンは高濃度の変化が必要なので、高速の切り替えが難しい欠点をもつ。1,1'-フェロセンジメタノールは感度、選択性の点で優れているが、現状では色素活性の再生が困難なので、分子間相互作用の機構の解明を待たなければならない。NADHとドーパミンは相互作用が穏やかで感度も高いので化学信号として期待がもてるけれども、色素の分光学的性質に対する効果がまだ十分に検討されていない段階なので、今後も引き続いてこの点の実験を継続する必要がある。3.現在までの研究結果によると、化学情報を入力に用いるシステムは高速化があまり期待できない情勢である。したがって、励起光の波長の変化をも入力信号に使用して発光を制御するシステムの方が、論理回路の構築に適すると推測される。励起光の波長を変化させれば3入力素子になるので、今後は応答速度を考慮に入れた電気化学システムの開発へ研究を展開する計画である。
The reduced form of azines is non-fluorescent, whereas their oxidized form is strongly fluorescent. When the redox-active dye was incorporated into the polyelectrolyte film Nafion【○!R】 or electropolymerized on glassy carbon, thus, the dye-modified electrodes in acidic solutions fulfiled the requirements for the design of a bistable electro-photoswitch. The dye-loaded film electrode can operate as a dual-mode switching device when the electronic input signal is coupled with the acid-base reaction of the dye molecule. Its second protonation lowered the fluorescence strength greatly because the fully protonated oxidized-form was non-fluorescent ; however, the corresponding pK was too low to change the pH of the electrolyte solution rapidly.The addition of 1,1'-ferrocenedimethal to the solution quenched the fluorescence of the oxidized form efficiently to switch off the fluorescence. The gust molecule incorporated into the film formed a nonfluorescent complex with the cationic dye, thereby deactivating it electrochemically. Although there remains a question about the response speed for application to an electronic/photonic device, the modified electrode has another immediate use as a selective electrofluorometric 1,1'-ferrocenedimethal sensor.Polyazine films electrocatalized the direct oxidation of reduced β-nicotinamide adenine dinucleotide and dopamine. The binding interaction decreased with protonation of the polymer. Its mediating properties can arise from the coupled electron and proton transport in the electroactive nitrogen-including polymers. Thus, one requires examining electron exchange between the catalytic center and solution substrate : the electron exchange can depend on both the reduction and protonation levels of the polymer.
研究課題/領域番号:15550116, 研究期間(年度):2003 – 2005
出典：「論理ゲート機能をもつ電気化学素子の構築: 電子と化学信号による蛍光のスイッチング」研究成果報告書 課題番号15550116（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-15550116/155501162005kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/)を加工して作成
関連情報https://nrid.nii.ac.jp/ja/search/?kw=00019746
https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PROJECT-15550116/
連携機関・データベース国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）