研究内容：原田グループ
研究課題①：非侵襲アミロイド線維分解カスケード
タンパク質の天然構造が変性し凝集することが主な原因と考えられているAβ、α-シンヌクレイン、トランスサイレチン等に代表されるフォールディング病の近年のトピックは、アミロイド線維（AF）形成阻害とAF分解・代謝の二極に大別されています。我々は、選択的にAFに集積する色素の探索を行い、コンゴーレッドなどの古典的色素以外の骨格を有する光増感作用を示す色素を見出しました。そこで、活性酸素種の一重項酸素(1O2)発生能を有する光増感作用の性質を利用した非侵襲AF分解カスケードを構築しました。（下図、Photochem. Photobiol. Sci., 2020, ChemPhotoChem., 2023）本カスケードは、(１) 生体透過性が高い近赤外光 (NIR) を アップコンバージョン（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) 1O2を発生させ、(４) 最終的に1O2発生サイトに近接するAFを分解する一連の機構から成り立ちます。本カスケードの高効率化を目的とし、アップコンバージョンナノ粒子（LNP: α-NaYF4:Yb3+/Er3+@polyethylenimine）の発光量子収率ΦUCや光増感色素(PS)の1O2変換効率（Φ1O2）向上などを目指しています。
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二色性（CD）と円偏光蛍光（CPL）があります。これらの計測は、光学的等方性の溶液状態に限定されています。しかし、光学的異方性の結晶・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）光学特性を巧みに利用したキラル有機発光材料は、分子設計の自由度、材料の柔軟性、比較的安価、低環境負荷であるという利点から円偏光光源をはじめとし、記憶材料、セキュリティペイント、バイオイメージングなど高度な光情報ツールとして認識され、新たな光情報機能分子材料として期待が寄せられています。しかし、CPLを生み出すために必要な高純度なエナンチオピュアな化合物はラセミ体や、アキラルな物質と比べ高価であり、デバイス材料としては適当ではない。また高輝度（Φ）と高円偏光度（glum）の間にはトレードオフ関係があり、両立が難しいなどの課題もあります。
そこで、我々はこれら問題解決のため、アキラル分子から形成されるキラル自己会合凝集体に注目しています。自己会合凝集体は、比較的容易にそのキラリティおよび円偏光度を制御できることが可能であり、トレードオフ関係の改善に期待が持たれています。液中では無発光だが自己会合凝集することで凝集誘起増強発光が現れるシアニン色素をbuilding blockとして外部刺激応答性を示すON-OFFスイッチングCPL材料の創製を行いました。また、アキラルな発蛍光団を持つポルフィリン誘導体（TPPS2-）のキラル自己会合凝集体にプラズモニック金属ナノ粒子（NPs：~10 nm）を複合化させ、NPs界面に生じた局在表面プラズモン共鳴電場増強効果から発光収率および円偏光蛍光分子のglum値をそれぞれ～5倍増強させることができました。これら自己会合凝集体による、高コントラストの蛍光ON-OFFスイッチングは、光学キラルセンサなどの新たな有機CPL材料となると期待されており、プラズモニック電場増強との光学カップリングは発光量子収率とglumをともに増強できることから、トレードオフ改善技術として有望であると考えられています。
発表論文
- 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
