研究内容：原田グループ
光の偏光情報の検出や光のエネルギー変換可能な材料の創製 を通してフォトニクスへの応用を目指し研究を行っています。
私たちの生活の元となっている様々なエネルギー源は、太陽の無尽蔵の放射光エネルギーが形を変えたものです。光はエネルギー源としての役割に加えて、物質科学の計測技術おいては光を用いないものはなく、その効果的なエネルギー利用や計測技術開発における発展は必要不可欠です。 光が持つ潜在的な能力を最大限引き出す方法はないか？ 「見えない」「使われていない」光をもっと有効に役立てる方法はないか？ ⇒ 原田研究室では、 「使われていない」弱い光や、偏光などの 「見えない」光を「使える」「見える」情報（可視光、電気信号）に変えることで、光の利用効率を改善すべく研究を進めています。
研究課題①：フォトンアップコンバージョン
フォトンアップコンバージョン（UC）とは低エネルギーの光を高エネルギー光に変換することであり、太陽光発電、光線力学療法（PDT）,光線熱療法（PTT）,バイオイメージング分野において注目を集めている技術です。 そこでわれわれは、UCを利用したアルツハイマー病などの原因物質であるアミロイド線維分解機構を構築しました。（下図）本分解機構は、(１) 生体透過性が高い近赤外光 (NIR) を UC機構により高エネルギー変換し、(２)エネルギー移動より光増感反応を介し、(３) 一重項酸素を発生させ、(４) 最終的に一重項酸素発生サイトに近接するアミロイド線維を分解する一連の機構から成り立ちます。これはフォールディング病の治療につながる研究として期待が持たれています。現在では、UCの発光量子収率の向上などによりアミロイド線維分解効率化を目指しています。
発表論文
- T. Harada*, H. Matsuzaki, R. Oyama, T. Takeuchi, T. Takei, T. Ninomiya, K. Takami, T. Inoue, H. Nishiguchi, E. Hifumi, H. Shinto H. Takahashi and K. Umemura, “Decomposition of amyloid fibrils by NIR active upconversion nanoparticles”, Photochem. Photobiol. Sci., 19, 29-33 (2020)
- K. Ishibashi, K. Kitajima, H. Nishiguchi, E. Hifumi and T. Harada*, “Enhanced Singlet Oxygen Generation via Near-Infrared Photo-Activated Upconversion: Application to amyloid fibril degradation”, ChemPhotoChem., doi.org/10.1002/cptc.202200315 (2023) (Front cover)
研究助成
- アップコンバージョン色素ハイブリッド粒子による活性酸素発生技術, システム・インスツルメンツ(株), 2016年4月～ 2024年3月
- 非侵襲アミロイド線維分解を指向した高効率ハイブリッドアップコンバージョンナノ粒子の創製, 池谷科学技術振興財団, 2022年4月～ 2023年3月
研究課題②：キラル分光システムの開発
キラリティとは、分子や物質の構造と、その鏡像が一致しない幾何学的な性質のことを言います。キラリティの情報を与えてくれる分析手法に円偏光を用いた円二色性（CD）と円偏光蛍光（CPL）があります。これらの測定は、光学的等方性（どの方向から見ても性質が同じ）の溶液状態に限定されています。しかし、光学的異方性（見る方向によって性質が異なる）の結晶・フィルム・膜等のキラリティ情報を必要とする例は少なくありません。この場合、偏光分離解析が必要不可欠なため、光学的異方性物質のキラリティ計測が可能な偏光解析法の開発を行ってきました。（下図）日本分光（株）と共同開発したCD&CPL分光計は、これまで非溶液状態のキラル材料開発の強力なツールとして使われています。現在は、煩雑な偏光分離解析法の簡素化を目指して開発を進めています。
発表論文
- R. Kuroda, T. Harada, H. Takahashi “Fast and artefact-free circular dichroism measurement of solid-state structural changes” Chirality, (2023) doi.org/10.1002/chir.23622.
- T. Harada* and K. Manabe, “Chiroptical spectrophotometer and analytical method for optically anisotropic samples”, Rev. Sci. Instrum., (2020) doi: 10.1063/5.0029948
- T. Harada*, “Application of a polarized modulation technique in supramolecular science: Chiroptical measurements for optically anisotropic systems” Polym. J., 50, 679-687 (2018)
- H. Ueno, R. Arakane, Y. Matsumoto, T. Tsumura, A. Kitazaki, T. Takahashi, S. Hirao, Y. Ohga and T. Harada*, “Long-time Relaxation of Stress-induced Birefringence of Microcrystalline Alkali Halide Crystals”, Molecules, 23, 757 (2018)
- T. Harada*, H. Hayakawa, M. Watanabe and M. Takamoto, “Solid-state circularly polarized luminescence spectroscopy: development and application”, Rev. Sci. Instrum., 87, 075102 (2016)
- T. Harada*, R. Kuroda and H. Moriyama, “Solid-state circularly polarized luminescence measurements: Theoretical analysis” Chem. Phys. Lett., 530, 126-131 (2012)
2011年以前は、こちら（大分大学データベース、Google Scholar）をご参照ください。
研究助成
- 革新的偏光変調分光法によるキラリティ偏光解析法の構築, A-STEPトライアウト, 2021年5月 ～ 2022年3月
- 極性反転変調分光法に基づく革新的偏光解析法の構築, A-STEP機能検証フェーズ 試験研究タイプ, 2018年12月 ～ 2019年12月
- ２重変調方式による全偏光対応型キラリティ分光計開発，基盤研究（C）， 2018年4月～2021年3月
- 固体円偏光蛍光分光計の開発による新規円偏光蛍光材料の創製，若手研究（Ｂ），2012年4月～2014年3月
- 固体円二色性分光計の光学システムの設計・試作, 大田区研究助成, 2011年9月～ 2012年8月
研究課題③：高機能円偏光蛍光（CPL）材料の創製
円偏光蛍光（CPL）は円偏光光源、記憶材料、セキュリティ、バイオイメージングなど高度な光情報ツールとして期待が寄せられています。発光の強さと右型と左型の円偏光の割合はトレードオフ関係にあり、両立が難しい課題点があります。 我々は、弱い分子間相互作用により形成される超分子キラリティに注目しています。これら超分子キラリティは、キラリティつまり円偏光を比較的容易に制御できるため、トレードオフの改善に期待が持たれています。また、光を時間・空間的に閉じ込めることで発生した強い電場を利用し、トレードオフ改善につなげる技術も開発中です。
発表論文
- M. Abe, C. Kachi-Terajima, M. Toyoda, Y. Ohga, T. Harada*, “Chiral induction and amplification of achiral molecules induced by chiral compounds in solid matrices” Chem. Lett., 53, upae097 (2024)
- T. Harada*, N. Kajiyama, K. Ishizaka, R. Toyofuku, K. Izumi, K. Umemura, Y. Imai, N. Taniguchi and K. Mi “Plasmon-Resonance-Enhanced CPL for Self-Assembly Meso-tetrakis(4-sulfonatophenyl)porphyrin-Surfactant Complex interacted with Ag nanoparticles” Chem. Commun., 50, 11173-11176 (2014)
- T. Harada*, H. Takahashi, K. Umemura, H. Moriyama, H. Yokota, R. Kawakami and K. Mishima “Spectroscopic Characterization of Supramolecular Chiral Porphyrin Homoassociates at the Air-water Interface” Appl. Spectrosc., 68, 1235-1240 (2014)
- T. Harada*, M. Kurihara, R. Kuroda and H. Moriyama, “On-Off Switching of the Novel Thermochromic Chiroptical Behavior of Pseudoisocyanine Driven by Association/Dissociation” Chem. Lett., 41, 1442-1444 (2012)
- T. Harada*, N. Asano, N. Tajima and H. Moriyama, “Supramolecular Chirality Measurement of an Optically Anomalous Single Crystal“ Chem. Lett., 41, 452-454 (2012)
2011年以前は、こちら（Researchmap、Google Scholar）をご参照ください。
研究助成
- 位相反転変調による革新的偏光解析法の構築，基盤研究（C）， 2021年度4月～2024年3月
- 円偏光蛍光シグナルのプラズモン増強メカニズム解明による高感度検出システムの構築, 基盤研究（C）, 2014年4月 ～ 2018年3月
