JP2008128905A - Active oxygen detector and active oxygen detecting method - Google Patents

Active oxygen detector and active oxygen detecting method Download PDF

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Tetsuro Mashima
哲朗 真嶋
Takashi Tachikawa
貴士 立川
Mamoru Fujitsuka
守 藤塚
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Osaka University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active oxygen detector and an active oxygen detecting method, for detecting active oxygen generated by photocatalyst reaction or the like, in various reaction environment fields including atmosphere. <P>SOLUTION: This active oxygen detector is provided with an irradiation part 10 for irradiating a product generated by a reaction of at least one molecule of the active oxygen with at least one fluorescent probe, with an excitation light 7 for exciting the product, and a detecting part 11 for detecting fluorescence 14 generated by irradiating the product with the excitation light 7. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、活性酸素と蛍光プローブとの反応により得られる生成物の蛍光観察により活性酸素を検出する活性酸素検出装置および活性酸素検出方法に関する。   The present invention relates to an active oxygen detection apparatus and an active oxygen detection method for detecting active oxygen by fluorescence observation of a product obtained by a reaction between active oxygen and a fluorescent probe.

一重項酸素(1O2)やヒドロキシルラジカル(・OH)等の活性酸素は、二酸化チタン(TiO2)に代表される光触媒反応において生成する重要な反応活性種である。また、活性酸素は皮膚等への紫外光照射によって発生し、光老化の原因となっていると考えられている。これまで、液中で生成した活性酸素を検出する方法は、選択的に反応する蛍光プローブ(特許文献1等参照)の開発や1O2からの発光を直接検出する手法の開発により確立されつつある。
特開2000−321262号公報
Active oxygen such as singlet oxygen ( 1 O 2 ) and hydroxyl radical (.OH) is an important reactive species generated in a photocatalytic reaction typified by titanium dioxide (TiO 2 ). In addition, it is considered that active oxygen is generated by irradiating the skin with ultraviolet light and causes photoaging. Until now, a method for detecting active oxygen generated in a liquid has been established by developing a fluorescent probe that reacts selectively (see Patent Document 1, etc.) and a method for directly detecting luminescence from 1 O 2. is there.
JP 2000-32162 A

しかしながら、固体触媒表面等から大気中へ拡散した活性酸素を高感度に検出する方法は未だ開発されていない。その主な理由としては、大気中の活性酸素濃度が非常に希薄であることや、大気中で種々の活性酸素と選択的に反応する蛍光プローブが開発されていないこと等が挙げられる。   However, a method for detecting active oxygen diffused from the solid catalyst surface or the like into the atmosphere with high sensitivity has not yet been developed. The main reasons are that the active oxygen concentration in the atmosphere is very dilute, and that fluorescent probes that selectively react with various active oxygens in the atmosphere have not been developed.

本発明は、光触媒反応等によって生成した活性酸素を、大気中をはじめ様々な反応環境場において検出する活性酸素検出装置および活性酸素検出方法を提供する。   The present invention provides an active oxygen detection device and an active oxygen detection method for detecting active oxygen generated by a photocatalytic reaction or the like in various reaction environment fields including the atmosphere.

本発明の活性酸素検出装置は、少なくとも一分子の活性酸素を検出する活性酸素検出装置であって、前記少なくとも一分子の活性酸素と少なくとも1つの蛍光プローブとの反応によって生成する生成物に対し、前記生成物を励起する励起光を照射する照射部と、前記生成物に前記励起光を照射することによって発生する蛍光を検出する検出部とを備えることを特徴とする。   The active oxygen detection device of the present invention is an active oxygen detection device that detects at least one molecule of active oxygen, and a product generated by a reaction between the at least one molecule of active oxygen and at least one fluorescent probe, An irradiation unit for irradiating excitation light for exciting the product and a detection unit for detecting fluorescence generated by irradiating the product with the excitation light are provided.

本発明の活性酸素検出方法は、少なくとも一分子の活性酸素を検出する活性酸素検出方法であって、前記少なくとも一分子の活性酸素と少なくとも1つの蛍光プローブとの反応によって生成する生成物に対し、前記生成物を励起する励起光を照射する照射ステップと、前記生成物に前記励起光を照射することによって発生する蛍光を検出する検出ステップとを含むことを特徴とする。   The active oxygen detection method of the present invention is an active oxygen detection method for detecting at least one molecule of active oxygen, wherein the product produced by the reaction between the at least one molecule of active oxygen and at least one fluorescent probe is It includes an irradiation step of irradiating excitation light for exciting the product, and a detection step of detecting fluorescence generated by irradiating the product with the excitation light.

本発明の活性酸素検出装置および活性酸素検出方法によれば、例えば所定の距離以上に伝播しない励起光を生成物に照射するため、低強度の背景光で蛍光を観察できる。よって、活性酸素の濃度が希薄な反応環境場においても高感度で活性酸素を検出することができる。そのため、大気中をはじめ様々な反応環境場に適用することができる。   According to the active oxygen detection apparatus and the active oxygen detection method of the present invention, for example, the product is irradiated with excitation light that does not propagate beyond a predetermined distance, so that fluorescence can be observed with low-intensity background light. Therefore, active oxygen can be detected with high sensitivity even in a reaction environment field where the concentration of active oxygen is dilute. Therefore, it can be applied to various reaction environment fields including the atmosphere.

本発明の活性酸素検出装置は、少なくとも一分子の活性酸素を検出する活性酸素検出装置であって、前記少なくとも一分子の活性酸素と少なくとも1つの蛍光プローブとの反応によって生成する生成物に対し、前記生成物を励起する励起光を照射する照射部と、前記生成物に前記励起光を照射することによって発生する蛍光を検出する検出部とを備える。   The active oxygen detection device of the present invention is an active oxygen detection device that detects at least one molecule of active oxygen, and a product generated by a reaction between the at least one molecule of active oxygen and at least one fluorescent probe, An irradiation unit that irradiates excitation light that excites the product, and a detection unit that detects fluorescence generated by irradiating the product with the excitation light.

例えば、本発明の活性酸素検出装置は、活性酸素と蛍光プローブとの反応により得られる生成物の蛍光観察により、活性酸素を検出する検出装置であって、上記生成物に対し、照射部により所定の距離以上に伝播しない励起光を照射することにより、上記生成物から発せられる蛍光を検出部により観察して活性酸素をその場で検出する。よって、活性酸素の濃度が希薄な反応環境場においても高感度で活性酸素を検出することができる。そのため、大気中をはじめ様々な反応環境場に適用することができる。   For example, the active oxygen detection device of the present invention is a detection device that detects active oxygen by fluorescence observation of a product obtained by a reaction between active oxygen and a fluorescent probe. By irradiating with excitation light that does not propagate beyond the distance, the fluorescence emitted from the product is observed by the detection unit, and active oxygen is detected in situ. Therefore, active oxygen can be detected with high sensitivity even in a reaction environment field where the concentration of active oxygen is dilute. Therefore, it can be applied to various reaction environment fields including the atmosphere.

上記照射部としては、例えばレーザ照射装置等が使用できる。なお、「所定の距離以上に伝播しない励起光」を照射する照射装置は、所定の距離以上に伝播しない励起光を直接発する照射装置であってもよいし、後述するように基板等に光を照射することによって、所定の距離以上に伝播しない励起光を発生させる照射装置であってもよい。   As said irradiation part, a laser irradiation apparatus etc. can be used, for example. The irradiation device that irradiates “excitation light that does not propagate beyond a predetermined distance” may be an irradiation device that directly emits excitation light that does not propagate beyond a predetermined distance. An irradiation device that generates excitation light that does not propagate beyond a predetermined distance by irradiation may be used.

上記検出部としては、例えば、蛍光顕微鏡と高感度CCDカメラ等から構成される蛍光観察装置等が使用できる。特に、全反射蛍光顕微鏡(TIRFM)を用いることにより、極低強度の背景光で蛍光観察できるため、検出感度を向上させることができる。また、上記蛍光観察装置が分光器を備えることにより、単一分子レベルでの蛍光スペクトルの測定も可能となる。観察する発光特性としては、蛍光強度の変化、スペクトルシフト等が挙げられる。更に、上記蛍光観察装置が蛍光の輝点の個数を計測する計測部を備えることにより、活性酸素の個数を検出することができる。なお、上記高感度CCDカメラとしては、例えば浜松ホトニクス社製C3077-70等が使用できる。また、上記全反射蛍光顕微鏡としては、例えばオリンパス社製IX71等が使用できる。また、上記分光器としては、例えばアクトンリサーチ社製SP-2356等が使用できる。   As the detection unit, for example, a fluorescence observation apparatus including a fluorescence microscope and a high-sensitivity CCD camera can be used. In particular, by using a total reflection fluorescence microscope (TIRFM), fluorescence observation can be performed with extremely low intensity background light, so that detection sensitivity can be improved. Further, since the fluorescence observation apparatus includes a spectroscope, it is possible to measure a fluorescence spectrum at a single molecule level. Examples of the emission characteristics to be observed include a change in fluorescence intensity and a spectral shift. Furthermore, the fluorescence observation apparatus includes a measuring unit that measures the number of fluorescent bright spots, whereby the number of active oxygens can be detected. For example, C3077-70 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. can be used as the high sensitivity CCD camera. As the total reflection fluorescent microscope, for example, Olympus IX71 can be used. Further, as the spectroscope, for example, SP-2356 manufactured by Acton Research, Inc. can be used.

上記励起光は、所定の距離以上に伝播しない光であって上記生成物を励起させることができる光が好ましい。ここで、上記「所定の距離」は、上記生成物の蛍光観察を行う上で障害とならない程度であればよく、例えば、上記励起光の波長以下の距離であればよい。通常の場合、数百nm以下の距離であれば、蛍光観察を行う上で励起光の影響は殆どない。   The excitation light is preferably light that does not propagate beyond a predetermined distance and can excite the product. Here, the “predetermined distance” need only be a level that does not hinder the fluorescence observation of the product, and may be, for example, a distance equal to or shorter than the wavelength of the excitation light. Usually, when the distance is several hundred nm or less, there is almost no influence of the excitation light on the fluorescence observation.

上記励起光の具体例としては、エバネッセント光、プラズモン、共焦点レーザ光等が例示できる。特に、エバネッセント光は、定在波として、励起された上記生成物の極近傍に留まるため、極低強度の背景光で蛍光観察できる。   Specific examples of the excitation light include evanescent light, plasmon, confocal laser light, and the like. In particular, since evanescent light stays in the vicinity of the excited product as a standing wave, fluorescence can be observed with extremely low intensity background light.

本発明における活性酸素とは、活性酸素を放出する物質も含む。本発明によれば、例えば、スーパーオキシドアニオンラジカル、ヒドロキシルラジカル、ハイドロペルオキシラジカル、過酸化水素、一重項酸素、一酸化窒素、二酸化窒素、オゾン、過酸化脂質等の活性酸素種を検出できる。本発明における活性酸素は、これらの活性酸素種を含む。活性酸素の生成過程については、ポルフィリンやフラーレン等の励起三重項増感剤から三重項酸素へのエネルギー移動反応や光触媒反応等が挙げられる。   The active oxygen in the present invention includes a substance that releases active oxygen. According to the present invention, for example, reactive oxygen species such as superoxide anion radical, hydroxyl radical, hydroperoxy radical, hydrogen peroxide, singlet oxygen, nitric oxide, nitrogen dioxide, ozone and lipid peroxide can be detected. The active oxygen in the present invention includes these active oxygen species. Examples of the process of generating active oxygen include an energy transfer reaction from an excited triplet sensitizer such as porphyrin and fullerene to triplet oxygen, a photocatalytic reaction, and the like.

本発明で用いる蛍光プローブは特定の活性酸素に対し高い反応活性を有している必要がある。上記蛍光プローブとしては、多環芳香族化合物、キサンテン系色素、シアニン系色素等の蛍光プローブ種が例示できる。中でも多環芳香族化合物は、一重項酸素と選択的に環状付加反応を起こし、その発光特性が大きく変化することが知られている。多環芳香族化合物としては、アントラセン類、ペンタセン類、テリレン類等が挙げられる。特に、テリレンジイミド誘導体は、一重項酸素との反応生成物が605nm近傍に非常に強い蛍光を示すことから、容易に一重項酸素の検出を行うことができる。   The fluorescent probe used in the present invention needs to have a high reaction activity with respect to a specific active oxygen. Examples of the fluorescent probe include fluorescent probe species such as polycyclic aromatic compounds, xanthene dyes, and cyanine dyes. Among them, it is known that polycyclic aromatic compounds undergo a cycloaddition reaction selectively with singlet oxygen, and their light emission characteristics change greatly. Examples of polycyclic aromatic compounds include anthracenes, pentacenes, and terylenes. In particular, since the reaction product with singlet oxygen exhibits very strong fluorescence in the vicinity of 605 nm, the singletylene imide derivative can easily detect singlet oxygen.

本発明では、複数種の蛍光プローブを用いてもよい。同時に複数種の活性酸素を検出することができるからである。また、異なる蛍光プローブ間のエネルギー移動や電子移動を利用した活性酸素の間接的検出等も実現できる。   In the present invention, multiple types of fluorescent probes may be used. This is because a plurality of types of active oxygen can be detected simultaneously. Also, indirect detection of active oxygen using energy transfer or electron transfer between different fluorescent probes can be realized.

本発明では、上記生成物から発せられる蛍光を単一分子レベルで観察してもよい。活性酸素の空間分布が得られるからである。単一分子レベルで観察する方法の具体例としては、蛍光プローブをガラス基板等の基板の一主面に配置した後、上記生成物から発せられる蛍光を上記検出部により観察する方法や、無機化合物や有機化合物からなる単一のチューブ状、籠状又は層状構造体の内部又は外部において生成した活性酸素を蛍光プローブと反応させて、この反応生成物から発せられる蛍光を上記検出部により観察する方法等が例示できる。なお、本発明は、活性酸素を単一分子レベルで検出する場合以外に、活性酸素の集合体を検出する場合にも使用できる。   In the present invention, the fluorescence emitted from the product may be observed at a single molecule level. This is because a spatial distribution of active oxygen can be obtained. Specific examples of the method of observing at the single molecule level include a method of observing fluorescence emitted from the product with the detection unit after placing a fluorescent probe on one main surface of a substrate such as a glass substrate, or an inorganic compound. A method in which active oxygen generated inside or outside a single tube-like, bowl-like or layered structure made of organic compounds or organic compounds is reacted with a fluorescent probe, and fluorescence emitted from the reaction product is observed by the detection unit Etc. can be exemplified. The present invention can be used not only when detecting active oxygen at a single molecule level but also when detecting an aggregate of active oxygen.

本発明において、蛍光プローブを基板の一主面に配置する場合は、上記基板の上記一主面とは反対側の主面から上記励起光の発生源となる光(レーザ光等)を照射することが好ましい。上記発生源となる光の一部が上記基板を通過して上記一主面上にエバネッセント光として定在するため、極低強度の背景光で蛍光観察できるからである。なお、上記基板の厚みは、例えば0.12〜0.17mm程度であればよい。   In the present invention, when the fluorescent probe is disposed on one main surface of the substrate, light (laser light or the like) that generates the excitation light is irradiated from the main surface of the substrate opposite to the one main surface. It is preferable. This is because part of the light serving as the generation source passes through the substrate and is fixed as evanescent light on the one main surface, so that fluorescence observation can be performed with extremely low intensity background light. The thickness of the substrate may be about 0.12 to 0.17 mm, for example.

蛍光プローブを基板の一主面に配置する方法は特に限定されないが、例えば蛍光プローブを上記基板の上記一主面に塗布する方法が例示できる。この場合、蛍光プローブからなる膜の厚みが、例えば10〜50nm程度となるように塗布すると、上記生成物の単一分子レベルでの蛍光観察が容易となるため好ましい。なお、上記一主面上に他の材料(例えば樹脂等)を介して蛍光プローブを塗布してもよい。   Although the method of arrange | positioning a fluorescent probe on one main surface of a board | substrate is not specifically limited, For example, the method of apply | coating a fluorescent probe to the said main surface of the said board | substrate can be illustrated. In this case, it is preferable that the film made of the fluorescent probe is applied so that the thickness thereof is, for example, about 10 to 50 nm because fluorescence observation at the single molecule level of the product becomes easy. In addition, you may apply | coat a fluorescent probe on said one main surface through other materials (for example, resin etc.).

蛍光プローブを基板の一主面に配置する方法として、蛍光プローブを上記基板の上記一主面に化学的に修飾してもよい。例えば、上記基板としてアミノ基やチオール基を表面修飾したカバーガラス等のガラス基板を用いる場合は、サクシニミジルエステル基やマレイミド基等の置換基を導入した蛍光プローブを用い、この蛍光プローブをアセトニトリル等の溶媒に溶解させた後、この溶液(温度:20〜25℃)に上記ガラス基板の一主面を接触させることにより上記一主面に蛍光プローブを化学的に修飾することができる。この場合、蛍光プローブが単分子膜状に基板上に配置されるため、上記生成物の単一分子レベルでの蛍光観察がより容易となる。なお、この場合は、蛍光プローブの上記基板からの解離や反応環境場中での拡散運動等から間接的に活性酸素を検出することも可能である。   As a method of arranging the fluorescent probe on one main surface of the substrate, the fluorescent probe may be chemically modified on the one main surface of the substrate. For example, when a glass substrate such as a cover glass whose surface is modified with an amino group or a thiol group is used as the substrate, a fluorescent probe into which a substituent such as a succinimidyl ester group or a maleimide group is introduced is used. After being dissolved in a solvent such as the above, the fluorescent probe can be chemically modified on the one main surface by bringing one main surface of the glass substrate into contact with this solution (temperature: 20 to 25 ° C.). In this case, since the fluorescent probe is arranged on the substrate in the form of a monomolecular film, it is easier to observe the fluorescence of the product at the single molecule level. In this case, it is also possible to detect active oxygen indirectly from the dissociation of the fluorescent probe from the substrate or the diffusion motion in the reaction environment field.

本発明において活性酸素が生成又は拡散する反応環境場としては、固体媒体、液体媒体、気体媒体、高分子、超分子、生体関連組織等の媒体中、又は、上記媒体の表面や、相違する上記媒体間の界面等が挙げられる。例えば、本発明の検出装置は、固体触媒表面から大気中に拡散した気体の活性酸素を検出する。   In the present invention, the reactive environment in which active oxygen is generated or diffused is a solid medium, a liquid medium, a gas medium, a polymer, a supramolecule, a biological tissue, or the like, or the surface of the medium, or the above-mentioned difference. Examples include an interface between media. For example, the detection device of the present invention detects active oxygen in a gas diffused from the surface of the solid catalyst into the atmosphere.

上記固体媒体としては、無機化合物や有機化合物からなるナノ材料やマイクロ材料(例えば、ナノ粒子、ナノチューブ、ナノファイバー、マイクロ結晶等)、あるいはガラス等が挙げられる。上記液体媒体としては、各種有機溶媒、水、イオン性液体、ミセル溶液等の流動性を有する液体が挙げられる。上記気体媒体としては、酸素が存在する雰囲気であれば、特に限定されない。上記高分子としては、各種樹脂(例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ナフィオン等)が挙げられる。上記超分子としては、デンドリマー、DNA、RNA等が挙げられる。上記生体関連組織としては、細胞、脂質二重膜、皮膚等が挙げられる。   Examples of the solid medium include nanomaterials and micromaterials (for example, nanoparticles, nanotubes, nanofibers, microcrystals, and the like) made of inorganic compounds and organic compounds, and glass. Examples of the liquid medium include fluid liquids such as various organic solvents, water, ionic liquids, and micelle solutions. The gas medium is not particularly limited as long as oxygen is present in the atmosphere. Examples of the polymer include various resins (for example, polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), Nafion, etc.). Examples of the supramolecule include dendrimers, DNA, and RNA. Examples of the biological tissue include cells, lipid bilayers, skin and the like.

次に、本発明の活性酸素検出方法について説明する。なお、本発明の活性酸素検出方法は、上述した本発明の活性酸素検出装置を用いた活性酸素検出方法である。よって、上記と重複する内容については省略する。   Next, the active oxygen detection method of the present invention will be described. The active oxygen detection method of the present invention is an active oxygen detection method using the above-described active oxygen detection device of the present invention. Therefore, the description overlapping with the above is omitted.

本発明の活性酸素検出方法は、少なくとも一分子の活性酸素と少なくとも1つの蛍光プローブとの反応によって生成する生成物に対し、前記生成物を励起する励起光を照射する照射ステップと、前記生成物に前記励起光を照射することによって発生する蛍光を検出する検出ステップとを含むことを特徴とする活性酸素検出方法である。例えば、本発明の活性酸素検出方法は、活性酸素と蛍光プローブとの反応により得られる生成物の蛍光観察により、活性酸素を検出する検出方法であって、上記生成物に対し、所定の距離以上に伝播しない励起光を照射することにより、上記生成物から発せられる蛍光を観察して活性酸素をその場で検出する。   The active oxygen detection method of the present invention includes an irradiation step of irradiating a product generated by a reaction between at least one molecule of active oxygen and at least one fluorescent probe with excitation light that excites the product, and the product. And a detection step of detecting fluorescence generated by irradiating the excitation light to the active light. For example, the active oxygen detection method of the present invention is a detection method for detecting active oxygen by fluorescence observation of a product obtained by a reaction between active oxygen and a fluorescent probe, and is a predetermined distance or more away from the product. By irradiating excitation light that does not propagate to the surface, the fluorescence emitted from the product is observed, and active oxygen is detected in situ.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。また、参照する図面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to this Example. In the drawings to be referred to, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

(実施例1)
実施例1は、TiO2の光触媒反応において生成した一重項酸素(1O2)を、テリレンジイミド誘導体(TDI)を用いて単一分子レベルで検出する方法の一例である。参照する図1A〜Dは、実施例1の検出方法における1O2の検出機構を説明するための説明図であり、図2は、実施例1の検出方法を実現する検出装置の模式図である。
(Example 1)
Example 1 is an example of a method for detecting singlet oxygen ( 1 O 2 ) generated in the photocatalytic reaction of TiO 2 at a single molecule level using a terrylene imide derivative (TDI). 1A to 1D to be referred to are explanatory diagrams for explaining a 1 O 2 detection mechanism in the detection method of the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram of a detection apparatus that realizes the detection method of the first embodiment. is there.

反応前のTDI(図1A参照)はレーザ(ここでは波長532nm)の照射により、およそ670nmに弱い蛍光を示す。一方、TDIに1O2が環状付加したTDI endoperoxideは、熱的又は光化学的にジエポキシド体(TDI diepoxide)となる(図1B参照)。最終生成物であるTDI diepoxideは、605nm近傍に非常に強い蛍光を示すことから、容易に単一分子レベルでの検出を行うことができる。即ち、TDIと1O2との反応の前後で、全反射蛍光顕微鏡と高感度CCDカメラにより蛍光観察すると、図1Cの状態から図1Dの状態へと輝点が増加する。この輝点の1つ1つがTDI diepoxideの単一分子からの蛍光を示すため、単一分子レベルでの検出を行うことができる。なお、上記反応は、多環芳香族化合物と一重項酸素において観測される固有の反応である。以下、実施例1の検出方法(検出装置)の詳細について、図2を参照しながら説明する。 The TDI before the reaction (see FIG. 1A) shows weak fluorescence at about 670 nm by irradiation with a laser (here, wavelength 532 nm). On the other hand, TDI endoperoxide obtained by cyclic addition of 1 O 2 to TDI is thermally or photochemically converted into a diepoxide (TDI diepoxide) (see FIG. 1B). The final product, TDI diepoxide, exhibits very strong fluorescence near 605 nm, and can be easily detected at the single molecule level. That is, when the fluorescence is observed with a total reflection fluorescence microscope and a high-sensitivity CCD camera before and after the reaction between TDI and 1 O 2 , bright spots increase from the state of FIG. 1C to the state of FIG. 1D. Since each of the bright spots indicates fluorescence from a single molecule of TDI diepoxide, detection at a single molecule level can be performed. The above reaction is an inherent reaction observed in a polycyclic aromatic compound and singlet oxygen. Hereinafter, the details of the detection method (detection device) of Example 1 will be described with reference to FIG.

まず、厚みが0.12〜0.17mmのカバーガラス1を洗浄液(アズワン社製クリーンエース)に浸漬し、その表面を3時間超音波洗浄した。このカバーガラス1の表面に、ポリメチルメタクリレート(PMMA)のトルエン溶液をスピンコートし、厚みが約14nmで面積が18×18mm2のPMMA薄膜2を製膜した。次に、TDIのクロロホルム溶液(3nM)をPMMA薄膜2上に40μLスピンコートし、観察試料(以下、サンプル薄膜とする。)を作製した。なお、上記サンプル薄膜において、TDIがPMMA薄膜2の表面に形成された凹凸の凹部内に配置されるため、PMMA薄膜2の表面の凸部がヒドロキシルラジカル(後述する光触媒反応で生成する)を捕捉することにより、TDIとヒドロキシルラジカルとの反応を抑制できる。 First, the cover glass 1 having a thickness of 0.12 to 0.17 mm was immersed in a cleaning liquid (Clean Ace manufactured by AS ONE), and the surface was ultrasonically cleaned for 3 hours. The surface of the cover glass 1 was spin-coated with a toluene solution of polymethyl methacrylate (PMMA) to form a PMMA thin film 2 having a thickness of about 14 nm and an area of 18 × 18 mm 2 . Next, a chloroform solution (3 nM) of TDI was spin-coated on the PMMA thin film 2 to prepare an observation sample (hereinafter referred to as a sample thin film). In the sample thin film, TDI is placed in the concave and convex portions formed on the surface of the PMMA thin film 2, so that the convex portion on the surface of the PMMA thin film 2 captures hydroxyl radicals (generated by a photocatalytic reaction described later). By doing so, the reaction between TDI and hydroxyl radicals can be suppressed.

次に、TiO2ナノ粒子のエタノール分散溶液をスライドガラス3上にスピンコートし、TiO2薄膜4を製膜した。このTiO2薄膜4へ紫外光5を照射することにより光触媒反応を誘起し、1O2を生成させた。生成した1O2はTiO2薄膜4から大気中へ拡散することにより、一定の間隙D(12.5〜2000μm)を設けたサンプル薄膜まで到達し、TDIと環状付加反応した。これと同時に、カバーガラス1のPMMA薄膜2とは反対側の主面に対し、50〜60度の入射角でレーザ照射装置10から連続波長レーザ6(波長532nm、強度50mW)を照射してエバネッセント光7を発生させ、このエバネッセント光7によって反応生成物であるTDI diepoxideを励起させて、その蛍光を蛍光観察装置11によって単一分子レベルで観察することにより1O2を検出することができた。ここでは、蛍光観察装置11として、蛍光顕微鏡12と高感度CCDカメラ13を含む蛍光観察装置を使用した。 Next, an ethanol dispersion solution of TiO 2 nanoparticles was spin-coated on the slide glass 3 to form a TiO 2 thin film 4. By irradiating this TiO 2 thin film 4 with ultraviolet light 5, a photocatalytic reaction was induced to generate 1 O 2 . The produced 1 O 2 diffuses from the TiO 2 thin film 4 into the atmosphere, reaches a sample thin film having a certain gap D (12.5 to 2000 μm), and undergoes cycloaddition reaction with TDI. At the same time, the main surface of the cover glass 1 opposite to the PMMA thin film 2 is irradiated with a continuous wavelength laser 6 (wavelength 532 nm, intensity 50 mW) from the laser irradiation device 10 at an incident angle of 50 to 60 degrees. 1 O 2 could be detected by generating light 7 and exciting TDI diepoxide as a reaction product with this evanescent light 7 and observing the fluorescence at a single molecule level with a fluorescence observation device 11. . Here, as the fluorescence observation apparatus 11, a fluorescence observation apparatus including a fluorescence microscope 12 and a high sensitivity CCD camera 13 was used.

なお、間隙Dを樹脂等で作製したスペーサーによって調節することにより、1O2の最高到達距離を決定することができる。また、スライドガラス3に空孔3aを設けることにより、任意の酸素濃度ガスをTiO2薄膜4とサンプル薄膜との間に導入することができる。 Note that the maximum reach distance of 1 O 2 can be determined by adjusting the gap D with a spacer made of resin or the like. Moreover, by providing the holes 3a in the slide glass 3, an arbitrary oxygen concentration gas can be introduced between the TiO 2 thin film 4 and the sample thin film.

(実施例2)
実施例1と同様の条件でサンプル薄膜を作製し、このサンプル薄膜のPMMA薄膜2(図2参照)上に1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを塗布した後、実施例1と同様の条件で蛍光観察した。その結果、TDI diepoxideの生成が大幅に抑制されることを確認した。これは、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンが1O2を捕捉したことによるものと考えられる。また、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを塗布する代わりに、反応系内にアルゴンガスを導入することによっても、TDI diepoxideの生成が大幅に抑制されることを確認した。これは、アルゴンガスが酸素を反応系外へ追い出して、1O2の発生を抑制したことによるものと考えられる。
(Example 2)
A sample thin film was prepared under the same conditions as in Example 1, and 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane was applied onto PMMA thin film 2 (see FIG. 2) of this sample thin film, and then the same as in Example 1 The fluorescence was observed under the conditions. As a result, it was confirmed that the generation of TDI diepoxide was significantly suppressed. This is considered to be due to the capture of 1 O 2 by 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane. Moreover, it was confirmed that the formation of TDI diepoxide was significantly suppressed by introducing argon gas into the reaction system instead of applying 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane. This is thought to be due to argon gas expelling oxygen out of the reaction system and suppressing the generation of 1 O 2 .

(実施例3)
実施例3は、フラーレンナノ粒子(C60NP)の光励起によって生成した1O2を、TDIを用いて単一分子レベルで検出する方法の一例である。参照する図3は、実施例3の検出方法を実現する検出装置の模式図である。
(Example 3)
Example 3 is an example of a method for detecting 1 O 2 generated by photoexcitation of fullerene nanoparticles (C 60 NP) at a single molecule level using TDI. FIG. 3 to be referred to is a schematic diagram of a detection apparatus that realizes the detection method of the third embodiment.

まず、厚みが0.12〜0.17mmのカバーガラス1を洗浄液(アズワン社製クリーンエース)に浸漬し、その表面を3時間超音波洗浄した。このカバーガラス1の表面に、TDI及びC60NPを含むクロロホルム溶液(TDIの濃度:3nM、C60NPの濃度:0.01gmL-1)を40μLスピンコートし、観察試料(以下、サンプル薄膜とする。)を作製した。そして、カバーガラス1の上記クロロホルム溶液がスピンコートされた主面とは反対側の主面に対し、50〜60度の入射角でレーザ照射装置10から連続波長レーザ6(波長532nm、強度50mW)を照射してエバネッセント光7を発生させ、このエバネッセント光7によってTDI及びC60NPを同時に励起させた。これにより、C60NPの励起三重項状態から大気中の三重項酸素へエネルギーが移動して1O2が生成し、生成した1O2がTDIと反応した。そして、反応生成物であるTDI diepoxideをエバネッセント光7により励起させて、その蛍光を蛍光観察装置11によって単一分子レベルで観察することにより1O2を検出することができた。なお、C60NPの代わりにカーボンナノチューブを用いても同様に1O2を検出することができた。 First, the cover glass 1 having a thickness of 0.12 to 0.17 mm was immersed in a cleaning liquid (Clean Ace manufactured by AS ONE), and the surface was ultrasonically cleaned for 3 hours. The surface of this cover glass 1 is spin-coated with 40 μL of a chloroform solution containing TDI and C 60 NP (TDI concentration: 3 nM, C 60 NP concentration: 0.01 gmL −1 ), and an observation sample (hereinafter referred to as a sample thin film). .) Was produced. The continuous irradiation laser 6 (wavelength 532 nm, intensity 50 mW) from the laser irradiation device 10 at an incident angle of 50 to 60 degrees with respect to the main surface of the cover glass 1 opposite to the main surface on which the chloroform solution is spin-coated. To generate evanescent light 7, and TDI and C 60 NP were simultaneously excited by the evanescent light 7. As a result, energy was transferred from the excited triplet state of C 60 NP to triplet oxygen in the atmosphere to generate 1 O 2 , and the generated 1 O 2 reacted with TDI. Then, 1 O 2 could be detected by exciting the TDI diepoxide as a reaction product with the evanescent light 7 and observing the fluorescence at the single molecule level with the fluorescence observation device 11. In addition, 1 O 2 could be detected in the same manner even when carbon nanotubes were used instead of C 60 NP.

本発明は、様々な反応系における極低濃度の活性酸素の検出に有用である。したがって、光触媒はもちろん化粧品等の性能評価や製品開発に直結する発明である。また、本発明は大気中のみならず、種々の固体媒体、液体媒体、気体媒体、高分子、超分子、生体関連組織等の内部、表面及びそれらの界面等、あらゆる反応環境場において実施可能であり、多くの学術分野及び産業界への応用展開が期待できる。   The present invention is useful for detecting extremely low concentrations of active oxygen in various reaction systems. Therefore, this invention is directly related to performance evaluation and product development of cosmetics as well as photocatalysts. In addition, the present invention can be implemented not only in the air but also in various reaction environment fields such as various solid media, liquid media, gas media, polymers, supramolecules, internal surfaces of biological tissues, and their interfaces. Yes, it can be applied to many academic fields and industries.

A〜Dは、本発明の実施例1の検出方法における1O2の検出機構を説明するための説明図である。A~D is an explanatory diagram for explaining a detection mechanism of 1 O 2 in the detection method of the first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1の検出方法を実現する検出装置の模式図である。It is a schematic diagram of the detection apparatus which implement | achieves the detection method of Example 1 of this invention. 本発明の実施例3の検出方法を実現する検出装置の模式図である。It is a schematic diagram of the detection apparatus which implement | achieves the detection method of Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 カバーガラス
2 PMMA薄膜
3 スライドガラス
3a 空孔
4 TiO2薄膜
5 紫外光
6 連続波長レーザ
7 エバネッセント光
10 レーザ照射装置
11 蛍光観察装置
12 蛍光顕微鏡
13 高感度CCDカメラ
14 蛍光
1 cover glass 2 PMMA thin film 3 slides 3a holes 4 TiO 2 thin film 5 ultraviolet light 6 continuous wavelength laser 7 evanescent light 10 the laser irradiation device 11 fluorescence observation device 12 fluorescence microscope 13 highly sensitive CCD camera 14 fluorescent

Claims (14)

少なくとも一分子の活性酸素を検出する活性酸素検出装置であって、
前記少なくとも一分子の活性酸素と少なくとも1つの蛍光プローブとの反応によって生成する生成物に対し、前記生成物を励起する励起光を照射する照射部と、
前記生成物に前記励起光を照射することによって発生する蛍光を検出する検出部とを備えることを特徴とする活性酸素検出装置。
An active oxygen detector that detects at least one molecule of active oxygen,
An irradiation unit that irradiates excitation light that excites the product with respect to a product generated by a reaction between the at least one molecule of active oxygen and at least one fluorescent probe;
An active oxygen detection device comprising: a detection unit that detects fluorescence generated by irradiating the product with the excitation light.
前記励起光は、所定の距離以上に伝播しない光である請求項1に記載の活性酸素検出装置。   The active oxygen detection device according to claim 1, wherein the excitation light is light that does not propagate beyond a predetermined distance. 前記励起光は、エバネッセント光、プラズモン及び共焦点レーザ光のうちの1つである請求項1又は2に記載の活性酸素検出装置。   The active oxygen detection device according to claim 1, wherein the excitation light is one of evanescent light, plasmon, and confocal laser light. 前記少なくとも一分子の活性酸素は、気体である請求項1に記載の活性酸素検出装置。   The active oxygen detection device according to claim 1, wherein the at least one molecule of active oxygen is a gas. 前記検出部は、前記蛍光を単一分子レベルで検出する請求項1に記載の活性酸素検出装置。   The active oxygen detection apparatus according to claim 1, wherein the detection unit detects the fluorescence at a single molecule level. 前記蛍光プローブは、多環芳香族化合物である請求項1に記載の活性酸素検出装置。   The active oxygen detector according to claim 1, wherein the fluorescent probe is a polycyclic aromatic compound. 前記多環芳香族化合物は、テリレンジイミド誘導体である請求項6に記載の活性酸素検出装置。   The active oxygen detection device according to claim 6, wherein the polycyclic aromatic compound is a terylene diimide derivative. 前記検出部は、前記蛍光の輝点の個数を計測する計測部を備える請求項1に記載の活性酸素検出装置。   The active oxygen detection apparatus according to claim 1, wherein the detection unit includes a measurement unit that measures the number of bright spots of the fluorescence. 前記少なくとも一分子の活性酸素は、少なくとも1種の活性酸素種で構成されており、
前記少なくとも1種の活性酸素種は、スーパーオキシドアニオンラジカル、ヒドロキシルラジカル、ハイドロペルオキシラジカル、過酸化水素、一重項酸素、一酸化窒素、二酸化窒素、オゾン及び過酸化脂質からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の活性酸素検出装置。
The at least one molecule of active oxygen is composed of at least one active oxygen species,
The at least one reactive oxygen species is at least one selected from the group consisting of superoxide anion radical, hydroxyl radical, hydroperoxy radical, hydrogen peroxide, singlet oxygen, nitric oxide, nitrogen dioxide, ozone and lipid peroxide. The active oxygen detection device according to claim 1, which is a seed.
前記活性酸素検出装置は、基板を更に備え、
前記少なくとも1つの蛍光プローブは、前記基板の一主面に配置されている請求項1に記載の活性酸素検出装置。
The active oxygen detection device further includes a substrate,
The active oxygen detector according to claim 1, wherein the at least one fluorescent probe is disposed on one main surface of the substrate.
前記活性酸素検出装置は、基板を更に備え、
前記少なくとも1つの蛍光プローブは、前記基板の一主面に配置されており、
前記照射部は、前記基板の前記一主面とは反対側の主面から前記励起光を照射する請求項1に記載の活性酸素検出装置。
The active oxygen detection device further includes a substrate,
The at least one fluorescent probe is disposed on one main surface of the substrate;
The active oxygen detection apparatus according to claim 1, wherein the irradiation unit irradiates the excitation light from a main surface opposite to the one main surface of the substrate.
前記少なくとも1つの蛍光プローブは、少なくとも1種の蛍光プローブ種で構成されている請求項1に記載の活性酸素検出装置。   The active oxygen detection device according to claim 1, wherein the at least one fluorescent probe includes at least one fluorescent probe species. 前記検出部は、全反射蛍光顕微鏡を備える請求項1に記載の活性酸素検出装置。   The active oxygen detection device according to claim 1, wherein the detection unit includes a total reflection fluorescence microscope. 少なくとも一分子の活性酸素を検出する活性酸素検出方法であって、
前記少なくとも一分子の活性酸素と少なくとも1つの蛍光プローブとの反応によって生成する生成物に対し、前記生成物を励起する励起光を照射する照射ステップと、
前記生成物に前記励起光を照射することによって発生する蛍光を検出する検出ステップとを含むことを特徴とする活性酸素検出方法。
An active oxygen detection method for detecting at least one molecule of active oxygen,
Irradiating an excitation light that excites the product to a product generated by a reaction between the at least one molecule of active oxygen and at least one fluorescent probe;
And a detection step of detecting fluorescence generated by irradiating the product with the excitation light.
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