【プレスリリース】室温でスピンの向きを揃えられる分子の種類を増やす共結晶化技術の開発に成功

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 核スピン(原子核が持つ磁石のような性質)の振る舞いを見るNMR(核磁気共鳴)やMRI(磁気共鳴イメージング)の検出感度は、核スピンの向きの揃い具合(偏極率)に比例します。一般的な偏極率は極めて低く、より高度なNMRやMRI測定、例えば微小な腫瘍のMRI検出などは困難です。極低温で核スピンの向きを揃える動的核偏極(DNP)と呼ばれる方法が盛んに研究されていますが、高価な装置や液体ヘリウムなどの寒剤がネックとなり、広く社会に普及していません。
 徳島大学大学院社会産業理工学研究部物理科学分野の犬飼宗弘准教授、同大大学院創成科学研究科博士後期課程2年の佐藤晴紀さん、大阪大学量子情報?量子生命研究センターの宮西孝一郎講師、根来誠准教授、大阪大学ヒューマン?メタバース疾患研究拠点の香川晃徳特任准教授(常勤)、筑波大学計算科学研究センターの堀優太助教、重田育昭教授、金沢大学理工研究域の栗原拓也助教、徳島大学大学院社会産業理工学研究部理工学域の中村浩一教授からなる研究チームは、光とマイクロ波を照射することで引き起こされる量子力学的過程によって、室温でスピンの向きを揃えられる光励起三重項の電子スピンを用いたDNP(トリプレットDNP)に注目しました。トリプレットDNPは古くから研究されている手法ですが、この技術を応用するためには課題が残されており、適用できる分子の種類が限られていました。
 本研究では、トリプレットDNPが適用できる分子の種類を劇的に増やす方法として、共結晶化技術を開発しました。トリプレットDNPにより感度を向上させたいターゲット分子、補助分子、そして感度向上の元となる偏極源から組み上がる共結晶を開発し、MRI分子プローブである尿素を含む複数分子のトリプレットDNPを室温で実現しました。
 将来、本研究が提案する共結晶化技術とMRIを組み合わせることで、従来法では困難であった精密ながんの診断や治療判定を可能とする超高感度MRIが期待されます。
 本成果は新老虎机平台6年5月17日10時(日本時間)に米国化学会のJournal of the American Chemical Societyオンライン版に公開されました。

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ターゲット分子、補助分子、偏極源を含む共結晶の開発に成功しました。トリプレットDNPにより共結晶全体の核スピンのNMR信号を室温で増大することができます

【プレスリリース】室温でスピンの向きを揃えられる分子の種類を増やす共結晶化技術の開発に成功~量子技術を用いた超高感度MRIによる精密がん診断や治療効果判定に向けて大きく前進~(PDF 1.43MB)

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