JP5321941B2 - Two-photon absorption materials and their applications - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic material having a large two-photon absorption cross section, that is, a two-photon absorption organic material having high sensitivity, and to provide an optical recording material having at least the above two-photon absorption material having a large two-photon absorption cross section, in which recording is carried out through an unrewritable system. <P>SOLUTION: A two-photon absorption polymer is provided, having a repeating unit expressed by general formula (I). In the formula, Ar<SB>2</SB>and Ar<SB>3</SB>represent substituted or unsubstituted bivalent aromatic hydrocarbon groups; Ar<SB>1</SB>represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group; each of R<SP>1</SP>, R<SP>2</SP>and R<SP>3</SP>independently represents a group selected from substituted or unsubstituted alkyl groups, substituted or unsubstituted alkoxy groups and substituted or unsubstituted alkylthio groups, which may be identical or different from one another; each of x, y and z represents an integer from 0 to 2, which may be identical or different from one another; and n represents an integer of 1 or larger. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は新規な二光子吸収材料に関するものであり、特に、高い二光子吸収断面積を有するポリ(トリアリールアミン)に関する。また、該新規な二光子吸収材料を含む三次元光記録媒体、光造形装置、光制限装置、二光子励起蛍光検出装置などの用途に応用される。   The present invention relates to a novel two-photon absorption material, and more particularly to a poly (triarylamine) having a high two-photon absorption cross section. In addition, the present invention is applied to uses such as a three-dimensional optical recording medium containing the novel two-photon absorption material, an optical modeling device, a light limiting device, and a two-photon excitation fluorescence detection device.

二光子吸収材料に関する従来例として、特許文献1〜5開示のものがある。
また、三次元(多層)光記録媒体(材料)に関する従来例として、特許文献6〜11開示のものがある。
また、光造形技術に関する従来例として、特許文献12開示のものがある。
また、光機能素子に関する従来例として、特許文献13〜16開示のものがある。
また、二光子特性を利用した光検出に関する従来例として、特許文献17〜21開示のものがある。
また、我々は、別に二光子吸収材料に関する技術を開発し提案(特許文献22〜30)している。
As conventional examples of the two-photon absorption material, there are those disclosed in Patent Documents 1 to 5.
Further, as conventional examples relating to a three-dimensional (multilayer) optical recording medium (material), there are those disclosed in Patent Documents 6 to 11.
Moreover, there exists a thing of patent document 12 as a prior art example regarding an optical modeling technique.
Further, as conventional examples relating to optical functional elements, there are those disclosed in Patent Documents 13 to 16.
Further, as conventional examples of light detection using two-photon characteristics, there are those disclosed in Patent Documents 17 to 21.
In addition, we have developed and proposed a technology related to two-photon absorption materials (Patent Documents 22 to 30).

二光子吸収材料を用いた3次元光記録媒体としては、記録再生に蛍光性物質を用いて蛍光で読み取る方法(レヴィッチ、ユージーン、ポリス他、特許文献6:特表2001−524245号公報、パベル、ユージエン他、特許文献7:特表2000−512061号公報)、フォトクロミック化合物を用いて吸収または蛍光で読み取る方法(コロティーフ、ニコライ・アイ他、特許文献8:特表2001−522119号公報、アルセノフ、ヴラディミール他、特許文献9:特表2001−508221号公報)等が提案されているが、いずれも具体的な二光子吸収材料の提示はなく、また抽象的に提示されている二光子吸収化合物の例も二光子吸収効率の極めて小さい二光子吸収化合物を用いている。さらに、これらの特許文献に用いているフォトクロミック化合物は可逆材料であるため、非破壊読み出し、記録の長期保存性、再生のS/N比等に問題があり、光記録媒体として実用性のある方式であるとは言えない。特に非破壊読出し、記録の長期保存性等の点では、不可逆材料を用いて反射率(屈折率または吸収率)または発光強度の変化で再生するのが好ましいが、このような機能を有する二光子吸収材料を具体的に開示している例はなかった。
また、河田聡、川田善正、特許文献10:特開平6−28672号公報、河田聡、川田善正他、特許文献11:特開平6−118306号公報には、屈折率変調により三次元的に記録する記録装置、及び再生装置、読み出し方法等が開示されているが、二光子吸収三次元光記録材料を用いた方法についての記載はない。
As a three-dimensional optical recording medium using a two-photon absorbing material, a method of reading with fluorescence using a fluorescent substance for recording and reproduction (Levic, Eugene, Polis et al., Patent Document 6: JP-T-2001-524245, Pavel, Eugene et al., Patent Document 7: JP-T 2000-512061), absorption or fluorescence reading using a photochromic compound (Korotif, Nikolai Eye et al., Patent Document 8: JP-T 2001-522119, Arsenoff, Vladimir In addition, Patent Document 9: JP-T-2001-508221) and the like have been proposed, but none of them presents a specific two-photon absorption material, and examples of two-photon absorption compounds presented abstractly. Also, a two-photon absorption compound having extremely small two-photon absorption efficiency is used. Further, since the photochromic compounds used in these patent documents are reversible materials, there are problems in non-destructive reading, long-term storage stability of recording, S / N ratio of reproduction, and the like, a method that is practical as an optical recording medium I can't say that. In particular, in terms of non-destructive readout, long-term storage stability of recording, etc., it is preferable to reproduce by changing the reflectance (refractive index or absorptivity) or emission intensity using an irreversible material. There was no example that specifically disclosed the absorbent material.
Further, in Kawada Jun, Kawada Yoshimasa, Patent Document 10: JP-A-6-28672, Kawada Kei, Kawada Yoshimasa et al., Patent Document 11: JP-A-6-118306, three-dimensional recording is performed by refractive index modulation. However, there is no description of a method using a two-photon absorption three-dimensional optical recording material.

特開2005−213434号公報JP-A-2005-213434 特開2005−82507号公報JP 2005-82507 A 特開2004−168690号公報JP 2004-168690 A 特開2005−325087号公報JP 2005-325087 A 特表2005−529913号公報JP 2005-529913 A 特表2001−524245号公報JP-T-2001-524245 特表2000−512061号公報Special table 2000-512061 gazette 特表2001−522119号公報Special table 2001-522119 gazette 特表2001−508221号公報Special table 2001-508221 gazette 特開平6−28672号公報JP-A-6-28672 特開平6−118306号公報JP-A-6-118306 特開2005−134873号公報JP 2005-134873 A 特開2004−277416号公報JP 2004-277416 A 特開平11−167036号公報JP-A-11-167036 特開2005−257741号公報JP 2005-257741 A 特開平8−320422号公報JP-A-8-320422 特開平9−230246号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-230246 特開平10−142507号公報JP 10-142507 A 特開2005−165212号公報JP 2005-165212 A 特開2005−123513号公報JP 2005-123513 A 特開2005−132763号公報JP 2005-132663 A 特願2006−73792号明細書Japanese Patent Application No. 2006-73792 特願2006−67089号明細書Japanese Patent Application No. 2006-67089 特願2006−67067号明細書Japanese Patent Application No. 2006-67067 特願2006−70305号明細書Japanese Patent Application No. 2006-70305 Specification 特願2006−74156号明細書Japanese Patent Application No. 2006-74156 特願2006−250292号明細書Japanese Patent Application No. 2006-250292 特願2006−354063号明細書Japanese Patent Application No. 2006-354063 特願2007−56886号明細書Japanese Patent Application No. 2007-56886 特表2007−227353号公報Special table 2007-227353 Jean-Luc Bredas et al Science,281,1653 (1998)Jean-Luc Bredas et al Science, 281,1653 (1998)

二光子吸収現象を利用すると、空間分解能に優れた種々のデバイスへの応用展開が可能となるが、現時点で利用可能な二光子吸収材料は、その二光子遷移効率が非常に低いため、二光子吸収を誘起するために極めて大きな電界を出力する励起光源を用いる必要があった。そのため、実用性に優れる二光子遷移効率の高い二光子吸収材料の開発が強く求められていた。
すなわち、本発明の目的は、二光子吸収断面積の大きな有機材料、即ち、高感度な二光子吸収有機材料を提供することである。
また、二光子吸収断面積が大きい本発明の二光子吸収材料を少なくとも有し、記録を書き換えできない方式で行なう光記録材料を提供することである。
The use of the two-photon absorption phenomenon makes it possible to develop applications for various devices with excellent spatial resolution. However, the two-photon absorption materials available at this time have a very low two-photon transition efficiency. In order to induce absorption, it was necessary to use an excitation light source that outputs a very large electric field. For this reason, there has been a strong demand for the development of a two-photon absorption material with excellent two-photon transition efficiency that is practical.
That is, an object of the present invention is to provide an organic material having a large two-photon absorption cross section, that is, a highly sensitive two-photon absorption organic material.
It is another object of the present invention to provide an optical recording material that has at least the two-photon absorption material of the present invention having a large two-photon absorption cross-section and that performs recording in a manner in which recording cannot be rewritten.

本発明者らは鋭意検討した結果、特定のアリールアミン誘導体により上記課題が解決されることを見出し、本発明に至った。
すなわち、上記課題は、以下の本発明によって解決される。
(1)「下記一般式(I)で表わされる繰り返し単位を有することを特徴とする二光子吸収ポリマー;
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by a specific arylamine derivative, and have reached the present invention.
That is, the said subject is solved by the following this invention.
(1) “A two-photon absorption polymer having a repeating unit represented by the following general formula (I);

Figure 0005321941
(式中、ArおよびArは、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基の2価基であり、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表わす。R、RおよびRは、アルキル基を表わし、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、nは1以上の整数を表わす。)」、
(2)「前記第(1)項に記載の二光子吸収ポリマーが、特に下記一般式(II)で表わされることを特徴とする二光子吸収ポリマー;
Figure 0005321941
(In the formula, Ar 2 and Ar 3 are a divalent group of a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group. R 1 , R 2 and R 3 represents an alkyl group, x, y and z each represents an integer of 0 to 2, which may be the same or different, and n represents an integer of 1 or more.
(2) “Two-photon absorption polymer according to the item (1), especially represented by the following general formula (II):

Figure 0005321941
(式中、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基の2価基であり、R、R、R は、アルキル基を表わし、およびRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、または置換もしくは無置換のアルキルチオ基から選択された基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、uおよびvは、それぞれ0から4までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、nは1以上の整数を表わす。)」、
(3)「前記第(2)項に記載の二光子吸収ポリマーが、特に下記一般式(III)で表わされることを特徴とする二光子吸収ポリマー;
Figure 0005321941
(In the formula, Ar 1 is a divalent group of a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, R 1 , R 2 , and R 3 represent an alkyl group, and R 4 and R 5 are each independently, Represents a group selected from a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or a substituted or unsubstituted alkylthio group, and may be the same or different, and each of x, y, and z is 0 to 2 And may be the same or different, and u and v each represent an integer of 0 to 4, and may be the same or different, and n represents an integer of 1 or more.
(3) “Two-photon absorption polymer according to item (2), particularly represented by the following general formula (III):

Figure 0005321941
(式中、R、R、R は、アルキル基を表わし、、RおよびRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、または置換もしくは無置換のアルキルチオ基から選択された基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、uおよびvは、それぞれ0から4までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、wは0から5までの整数を表わし、nは1以上の整数を表わす。」、
(4)「下記一般式(IV)で表わされることを特徴とする二光子吸収材料;
Figure 0005321941
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent an alkyl group, and R 4 , R 5 and R 6 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or Represents a group selected from substituted or unsubstituted alkylthio groups, which may be the same or different; x, y and z each represent an integer of 0 to 2, and may be the same or different; u and v are Each represents an integer from 0 to 4, which may be the same or different, w represents an integer from 0 to 5, and n represents an integer of 1 or more.
(4) “two-photon absorption material characterized by being represented by the following general formula (IV);

Figure 0005321941
(式中、ArおよびArは、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基の2価基であり、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表わす。R、RおよびR、アルキル基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、nは1以上の整数を表わす。)」、
(5)「前記第(4)項に記載の二光子吸収材料が、特に下記一般式(V)で表わされることを特徴とする二光子吸収材料;
Figure 0005321941
(In the formula, Ar 2 and Ar 3 are a divalent group of a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group. R 1 , R 2 and R 3 represents an alkyl group, which may be the same or different, and x, y and z each represents an integer of 0 to 2, and may be the same or different, and n represents an integer of 1 or more.) "
(5) “Two-photon absorbing material according to item (4), particularly represented by the following general formula (V):

Figure 0005321941
(式中、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基の2価基であり、R、R、R は、アルキル基を表わし、およびRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、または置換もしくは無置換のアルキルチオ基から選択された基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、uおよびvは、それぞれ0から4までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、nは1以上の整数を表わす。)」、
(6)「前記第(5)項に記載の二光子吸収材料が、特に下記一般式(VI)で表わされることを特徴とする二光子吸収材料;
Figure 0005321941
(In the formula, Ar 1 is a divalent group of a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, R 1 , R 2 , and R 3 represent an alkyl group, and R 4 and R 5 are each independently, Represents a group selected from a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or a substituted or unsubstituted alkylthio group, and may be the same or different, and each of x, y, and z is 0 to 2 And may be the same or different, and u and v each represent an integer of 0 to 4, and may be the same or different, and n represents an integer of 1 or more.
(6) “Two-photon absorbing material according to item (5), especially represented by the following general formula (VI):

Figure 0005321941
(式中、R、R、R は、アルキル基を表わし、、RおよびRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、または置換もしくは無置換のアルキルチオ基から選択された基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、uおよびvは、それぞれ0から4までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、wは0から5までの整数を表わし、nは1以上の整数を表わす。)」、
(7)「前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料を含むことを特徴とする光記録材料」、
(8)「前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料を含むことを特徴とする光造形材料」、
(9)「前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料を含むことを特徴とする光制限材料」、
(10)「前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料を含むことを特徴とする二光子励起蛍光材料」、
(11)「平面上に形成され、該平面に対し水平、及び垂直方向に記録再生が可能な三次元光記録媒体において、前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料が、光記録が行なわれる記録層の少なくとも一部として含まれていることを特徴とする三次元光記録媒体」、
(12)「光硬化性樹脂に光を照射して造形を行なう光造形装置において、前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料が、前記光硬化性樹脂の少なくとも一部として含まれていることを特徴とする光造形装置」、
(13)「透過光強度を制限する素子を備えた光制限装置において、前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料が、前記素子の少なくとも一部として含まれていることを特徴とする光制限装置」、
(14)「光の進路を制限する素子を備えた光制限装置において、前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料が、前記素子の少なくとも一部として含まれていることを特徴とする光制限装置」、
(15)「試料中の被分析物に前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の二光子吸収材料を選択的に担持させ、前記二光子吸収材料を検出することによって、被分析物を検出することを特徴とする二光子励起蛍光検出装置」。
これらにより、効率良く二光子を吸収する有機材料を得ることができる。
Figure 0005321941
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent an alkyl group, and R 4 , R 5 and R 6 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or Represents a group selected from substituted or unsubstituted alkylthio groups, which may be the same or different; x, y and z each represent an integer of 0 to 2, and may be the same or different; u and v are Each represents an integer from 0 to 4, which may be the same or different, w represents an integer from 0 to 5, and n represents an integer of 1 or more.
(7) "Optical recording material comprising the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6)",
(8) “Optical modeling material comprising the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6)”,
(9) "Light limiting material comprising the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6)",
(10) "Two-photon excited fluorescent material characterized by including the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6)",
(11) In the three-dimensional optical recording medium formed on a plane and capable of recording / reproducing in a horizontal and vertical direction with respect to the plane, any one of (1) to (6) A three-dimensional optical recording medium comprising a two-photon absorbing material as at least a part of a recording layer on which optical recording is performed, "
(12) In the optical modeling apparatus that performs modeling by irradiating light to the photocurable resin, the two-photon absorbing material according to any one of the items (1) to (6) is the photocurable material. An optical modeling apparatus characterized by being included as at least a part of a resin ",
(13) In the light limiting device including an element for limiting transmitted light intensity, the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6) is used as at least a part of the element. Light limiting device characterized in that it is included ",
(14) "In the light limiting device including an element that limits a light path, the two-photon absorption material according to any one of (1) to (6) is used as at least a part of the element. Light limiting device characterized in that it is included ",
(15) “By selectively supporting the two-photon absorption material according to any one of the items (1) to (6) on an analyte in a sample and detecting the two-photon absorption material” , A two-photon excitation fluorescence detection apparatus characterized by detecting an analyte ”.
By these, the organic material which absorbs two photons efficiently can be obtained.

本発明により、二光子吸収断面積の大きな有機材料、即ち、高感度な二光子吸収有機材料を提供できる。また、本発明の新規な二光子吸収材料を利用すれば、三次元的な光記録、光造形、光検出といった各種デバイスの光感度を飛躍的に改善できる。   According to the present invention, an organic material having a large two-photon absorption cross section, that is, a highly sensitive two-photon absorption organic material can be provided. Moreover, if the novel two-photon absorption material of the present invention is used, the photosensitivity of various devices such as three-dimensional optical recording, optical modeling, and light detection can be dramatically improved.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の二光子吸収材料とは、非共鳴領域の波長において分子を励起することが可能な材料であって、このとき励起に用いた光子の2倍のエネルギー準位に、実励起状態が存在する材料のことである。
また、二光子吸収現象とは、三次の非線形光学効果の一種であって、このように分子が二つのフォトンを同時に吸収して、基底状態から励起状態へ遷移する現象のことをいう。
このような二光子同時吸収の遷移効率は、通常の色素材料で見られる一光子吸収の遷移効率と比べると極端に低く、現在汎用されている半導体レーザー程度の弱い光強度では、観測することができない。
二光子吸収が起きるためには、ピーク光強度(最大発光波長における光強度)が極めて大きい、モード同期式超短(フェムト秒程度)パルスレーザーのような、瞬間的に大きな光子密度を有す光を用いる必要がある。
このような現象は古くから知られていたが、近年になってJean-Luc Bredas等が1998年に分子構造とメカニズムの関係を解明して以来(Science,281,1653 (1998):非特許文献1)、二光子遷移効率の高い二光子吸材料の研究が盛んに行なわれるようになった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The two-photon absorption material of the present invention is a material capable of exciting a molecule at a wavelength in a non-resonant region, and an actual excited state exists at an energy level twice that of the photon used for excitation at this time. It is a material to do.
The two-photon absorption phenomenon is a kind of third-order nonlinear optical effect, and refers to a phenomenon in which a molecule absorbs two photons simultaneously and transitions from a ground state to an excited state.
The two-photon simultaneous absorption transition efficiency is extremely low compared to the one-photon absorption transition efficiency found in ordinary dye materials. Can not.
In order for two-photon absorption to occur, light with instantaneously high photon density, such as a mode-locked ultrashort (about femtosecond) pulse laser with extremely high peak light intensity (light intensity at the maximum emission wavelength) Must be used.
Such a phenomenon has been known for a long time, but since Jean-Luc Bredas et al. Recently clarified the relationship between molecular structure and mechanism in 1998 (Science, 281, 1653 (1998): Non-patent literature. 1) Two-photon absorption materials with high two-photon transition efficiency have been actively researched.

二光子吸収の遷移効率は印加する光電場の二乗に比例する(二光子吸収の二乗特性)。このため、レーザーを照射すると、スポット中心部の電界強度の大きい場所でのみ二光子吸収が起こり、電界強度の低いスポット周辺部では二光子吸収が起こらないという現象が起こる。
すなわち、三次元空間においては、レンズで集光された電界強度の大きい焦点付近にのみ二光子吸収が起こり、電界強度が小さい焦点から外れた領域では二光子吸収が起こらないため、印加された光電場の一乗に比例して吸収が起こる一光子吸収に比べると、二光子吸収材料は極めて高い空間分解能を有するという特徴がある。
The transition efficiency of two-photon absorption is proportional to the square of the applied photoelectric field (the two-photon absorption square characteristic). For this reason, when a laser is irradiated, a two-photon absorption occurs only in a spot where the electric field strength is high, and a two-photon absorption does not occur in a spot peripheral portion where the electric field strength is low.
That is, in the three-dimensional space, two-photon absorption occurs only near the focal point where the electric field intensity collected by the lens is high, and no two-photon absorption occurs in a region outside the focal point where the electric field intensity is low. Compared with one-photon absorption in which absorption occurs in proportion to the first power of the field, the two-photon absorption material has a feature of having extremely high spatial resolution.

これまで、高効率の二光子吸収材料としては、多くの無機材料が見出されてきた。
ところが無機材料においては、所望の特性を得ることの最適化や、構造や形態の最適化といったいわゆる分子設計が困難なため、実用性には難がある。一方、有機材料は無機材料と比べると、分子設計による構造最適化が可能で、その他の物性のコントロールも容易なため、実用面において優れている。
従来の有機系二光子吸収材料としては、ローダミン、クマリンなどの色素化合物、ジチエノチオフェン誘導体、オリゴフェニレンビニレン誘導体などの化合物が知られている。しかしながら、分子あたりの二光子吸収断面積(二光子遷移効率を表わす一つの指標であり、1GM=1×10-50cm4・s・photon-1である)は、フェムト秒パルスレーザーを用いても200GM未満と小さく、実用性に乏しかった。
Until now, many inorganic materials have been found as highly efficient two-photon absorption materials.
However, inorganic materials have difficulty in practical use because so-called molecular design such as optimization of obtaining desired characteristics and optimization of structure and form is difficult. On the other hand, compared with inorganic materials, organic materials are excellent in practical use because they can be optimized by molecular design and can easily control other physical properties.
As conventional organic two-photon absorption materials, pigment compounds such as rhodamine and coumarin, compounds such as dithienothiophene derivatives and oligophenylene vinylene derivatives are known. However, the two-photon absorption cross section per molecule (which is an indicator of the two-photon transition efficiency, 1GM = 1 × 10 -50 cm 4 · s · photon -1 ) is obtained using a femtosecond pulse laser. Was as small as less than 200GM and was not practical.

一方、このような二光子吸収材料の特徴である極めて高い空間分解能を利用した記録媒体の所定の位置に二光子吸収によるスペクトル変化、屈折率変化または偏光変化を生じさせ、データの記録を行なう光記録媒体の研究も報告されている。二光子吸収現象を利用する光記録は、従来の一光子吸収現象を利用する光記録方法と比べて、記録/再生領域を理論的に小さくすることができるため、超解像記録を実現することも可能である。またその他、このような二光子吸収材料の特徴を利用した光造形材料としての用途、光制限材料としての用途、及び二光子励起蛍光材料への応用も検討されている。   On the other hand, light that records data by causing spectral change, refractive index change, or polarization change due to two-photon absorption at a predetermined position of a recording medium that utilizes the extremely high spatial resolution that is characteristic of such a two-photon absorption material. Research on recording media has also been reported. Compared with the conventional optical recording method using the one-photon absorption phenomenon, the optical recording using the two-photon absorption phenomenon can theoretically reduce the recording / reproducing area, thereby realizing super-resolution recording. Is also possible. In addition, the use as an optical modeling material utilizing the characteristics of such a two-photon absorption material, the use as a light limiting material, and the application to a two-photon excited fluorescent material are also being studied.

二光子励起蛍光材料の応用としては、照射光の光源として、二光子吸収材料の有す線形吸収帯が存在する波長領域よりも長波長の近赤外領域の短パルスレーザーを用いると、照射した光が焦点領域以外の場所で吸収されたり、散乱されたりする損失を最大限に抑えることができるため、生体組織内の二光子像影を行なったり、フォトダイナミックセラピー(PDT)に応用するといった研究例が、数多く報告されている。   As an application of the two-photon excitation fluorescent material, when a short pulse laser in the near infrared region having a longer wavelength than the wavelength region where the linear absorption band of the two-photon absorbing material exists is used as the light source of the irradiation light, the irradiation is performed. Research can be applied to photodynamic therapy (PDT), such as performing two-photon image shadows in living tissue, because the loss of light being absorbed or scattered at locations other than the focal region can be minimized. Many examples have been reported.

<二光子吸収材料の特徴>
以下に本発明のアリールアミン重合体の製造方法について説明する。
本発明のアリールアミン重合体の製造方法は、例えば、アリールハロゲン化物とアリールホウ素化合物を用いたSuzuki coupling(Synthetic Communications 11(7),513-519(1981), Chem. Rev. 95 2457-2483(1995), WO99/20675、前記特許文献1の特開2005−21434号公報記載のポリマー合成法、参照。)、アリールハロゲンとアリールスズ化合物を用いたStille Couplingなどのクロスカップリング反応などが好ましい。
アリールハロゲン化物のハロゲン原子としては、反応性の観点からヨウ素化物または臭素化物が好ましい。
アリールホウ素化合物としては、アリールボロン酸またはアリールボロン酸エステルが用いられるが、アリールボロン酸エステルは、アリールボロン酸のように三無水物(ボロキシン)を生成しないこと、また、結晶性が高く、精製が容易であることからより好ましい。
<Characteristics of two-photon absorption material>
The method for producing the arylamine polymer of the present invention will be described below.
The method for producing an arylamine polymer of the present invention is, for example, Suzuki coupling (Synthetic Communications 11 (7), 513-519 (1981), Chem. Rev. 95 2457-2483 () using an aryl halide and an aryl boron compound. 1995), WO99 / 20675, and the method for polymer synthesis described in JP-A-2005-21434 of Patent Document 1), and cross-coupling reactions such as Still Coupling using arylhalogen and aryltin compounds are preferable.
The halogen atom of the aryl halide is preferably an iodide or bromide from the viewpoint of reactivity.
As the aryl boron compound, aryl boronic acid or aryl boronic acid ester is used. However, the aryl boronic acid ester does not form a dianhydride (boroxine) like aryl boronic acid, and has high crystallinity and purification. Is more preferable because it is easy.

アリールボロン酸エステルの合成方法としては、
(i)アリールボロン酸とアルキルジオールを無水有機溶媒中にて加熱反応(Polymer 38(5),1221-1226(1997)、Chem,Mater.13,1540-1544(2001)参照。)、
(ii)アリールハロゲン化物のハロゲン部位をメタル化した後に、アルコキシボロンエステルを加える反応(Macromolecules 30,7686-7691(1997), Macromolecules 32, 3306-3313(1999), Macromolecules 37, 4087-4098 (2004)参照。)、
(iii)アリールハロゲンのグリニャール試薬を調製した後に、アルコキシボロンエステルを加える反応、さらには、
(iv)アリールハロゲン化物とビス(ピナコラト)ジボロンやビス(ネオペンチルグリコラト)ジボロンをパラジウム触媒下にて加熱する反応(J.Org. Chem.60(23),7508-7519(1995)参照。)、
によって得られる。
As a synthesis method of the aryl boronic acid ester,
(I) A reaction of heating arylboronic acid and alkyldiol in an anhydrous organic solvent (Polymer 38 (5), 1221-1226 (1997), Chem. Mater. 13, 1540-1544 (2001)).
(Ii) Reaction in which an alkoxy boron ester is added after metallation of the halogen moiety of an aryl halide (Macromolecules 30,7686-7691 (1997), Macromolecules 32, 3306-3313 (1999), Macromolecules 37, 4087-4098 (2004) )reference.),
(Iii) a reaction in which an alkoxyboron ester is added after preparing a Grignard reagent of aryl halogen,
(Iv) Reaction in which aryl halide and bis (pinacolato) diboron or bis (neopentylglycolato) diboron are heated in the presence of a palladium catalyst (see J. Org. Chem. 60 (23), 7508-7519 (1995). ),
Obtained by.

パラジウム触媒としてはPd(PPh、PdCl(PPh、Pd(OAc)、PdClまたは、パラジウムカーボンに配位子として別途トリフェニルホスフィンを加える、など種々の触媒を用いることができるが、最も汎用的にはPd(PPhが用いられる。本反応には塩基が必ず必要であるが、NaCO、NaHCO、KCOなどの比較的弱い塩基が良好な結果を与える。立体障害等の影響を受ける場合には、Ba(OH)やKPOなどの強塩基が有効である。その他苛性ソーダ、苛性カリ、金属アルコシド等、例えばカリウムt−ブトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、リチウムt−ブトキシド、カリウム2−メチル−2−ブトキシド、ナトリウム2−メチル−2−ブトキシド、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド、カリウムメトキシドなども用いることができる。また、反応をよりスムーズに進行させるために相間移動触媒を用いてもよく、好ましくは、テトラアルキルハロゲン化アンモニウム、テトラアルキル硫酸水素アンモニウム、またはテトラアルキル水酸化アンモニウムであり、好ましい例としては、テトラ−n−ブチルハロゲン化アンモニウム、ベンジルトリエチルハロゲン化アンモニウム、または、トリカプリルイルメチル塩化アンモニウムである。反応溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、2−メトキシエタノール、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル等のアルコールおよびエーテル系、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル系の他、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等を挙げることができる。 As the palladium catalyst, various catalysts such as Pd (PPh 3 ) 4 , PdCl 2 (PPh 3 ) 2 , Pd (OAc) 2 , PdCl 2 or separately adding triphenylphosphine as a ligand to palladium carbon are used. However, for the most general purpose, Pd (PPh 3 ) 4 is used. This reaction always requires a base, but relatively weak bases such as Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , K 2 CO 3 give good results. When affected by steric hindrance or the like, strong bases such as Ba (OH) 2 and K 3 PO 4 are effective. Other caustic soda, caustic potash, metal alkoxide, etc., for example, potassium t-butoxide, sodium t-butoxide, lithium t-butoxide, potassium 2-methyl-2-butoxide, sodium 2-methyl-2-butoxide, sodium methoxide, sodium ethoxide , Potassium ethoxide, potassium methoxide and the like can also be used. Further, a phase transfer catalyst may be used to make the reaction proceed more smoothly, preferably tetraalkylammonium halide, tetraalkylammonium hydrogensulfate, or tetraalkylammonium hydroxide. -N-butylammonium halide, benzyltriethylammonium halide, or tricaprylylmethylammonium chloride. Examples of the reaction solvent include alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol, 2-methoxyethanol, 1,2-dimethoxyethane, and bis (2-methoxyethyl) ether, and ether ethers, and cyclic ethers such as dioxane and tetrahydrofuran. Benzene, toluene, xylene, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and the like.

上記重合反応の反応温度は、用いるモノマーの反応性、また反応溶媒によって適宜設定されるが、溶媒の沸点以下に抑えることが好ましい。上記重合反応における反応時間は、用いるモノマーの反応性、または、望まれる重合体の分子量などにおいて適宜設定することができ、2〜50時間が好適であり、さらには、4〜24時間がより好ましい。また、これらの重合操作において分子量を調節するために分子量調節剤、または末端修飾基として重合体の末端を封止するための封止剤を反応系に添加することも可能であり、反応開始時に添加しておくことも可能である。従って本発明における重合体の末端には、停止剤に基づく基が結合してもよい。分子量調節剤、末端封止剤としては、フェニルボロン酸、ブロモベンゼン、ヨウ化ベンゼン等、反応活性基を1個有する化合物が挙げられる。本発明の重合体の好ましい分子量はポリスチレン換算数平均分子量で1000〜1000000であり、より好ましくは2000〜500000である。分子量が小さすぎる場合にはクラックの発生等、成膜性が悪化して実用性が乏しくなる。また分子量が大きすぎる場合には、一般の有機溶媒への溶解性が悪くなり、溶液の粘度が高くなって塗工が困難になり、やはり実用上問題になる。   The reaction temperature of the polymerization reaction is appropriately set depending on the reactivity of the monomer used and the reaction solvent, but it is preferable to keep it below the boiling point of the solvent. The reaction time in the polymerization reaction can be appropriately set in terms of the reactivity of the monomer used or the molecular weight of the desired polymer, and is preferably 2 to 50 hours, and more preferably 4 to 24 hours. . It is also possible to add a molecular weight regulator in order to adjust the molecular weight in these polymerization operations, or a sealing agent for sealing the end of the polymer as a terminal modifying group, at the start of the reaction. It is also possible to add it. Therefore, a group based on a terminator may be bonded to the end of the polymer in the present invention. Examples of the molecular weight regulator and the end-capping agent include compounds having one reactive group such as phenylboronic acid, bromobenzene, and iodobenzene. The preferred molecular weight of the polymer of the present invention is 1,000 to 1,000,000, more preferably 2000 to 500,000 in terms of polystyrene-reduced number average molecular weight. When the molecular weight is too small, the film formability such as the generation of cracks is deteriorated and the practicality becomes poor. On the other hand, when the molecular weight is too large, the solubility in a general organic solvent is deteriorated, the viscosity of the solution becomes high and the coating becomes difficult, which is also a practical problem.

また、機械的特性を改良するために重合時に分岐化剤を少量加えることもできる。使用される分岐化剤は、重合反応活性基を3つ以上(同種でも異種でもよい)有する化合物である。これらの分岐化剤は単独で使用してもよく、また複数併用してもよい。
以上のようにして得られた本発明の重合体は、重合に使用した塩基、未反応モノマー、末端停止剤、又、重合中に発生した無機塩等の不純物を除去して使用される。これら精製操作は再沈澱、抽出、ソックスレー抽出、限外濾過、透析等をはじめとする従来公知の方法を使用できる。
Also, a small amount of a branching agent can be added during the polymerization in order to improve the mechanical properties. The branching agent used is a compound having three or more polymerization reaction active groups (which may be the same or different). These branching agents may be used alone or in combination.
The polymer of the present invention obtained as described above is used after removing impurities such as the base, unreacted monomer, terminal terminator used in the polymerization, and inorganic salts generated during the polymerization. For these purification operations, conventionally known methods such as reprecipitation, extraction, Soxhlet extraction, ultrafiltration, dialysis and the like can be used.

以下に、このようにして得られる一般式(I)〜(III)の具体例を示す。またこれらは本発明のアリールアミン単量体(IV)〜(VI)についても同様に適用される。
前記一般式(I)及び(VI)における置換又は無置換の芳香族炭化水素基Arとしては単環基、多環基(縮合多環基、非縮合多環基)の何れでもよく、例えばフェニル基、ナフチル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アントリル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などが挙げられる。
前記一般式(I)及び(IV)における置換又は無置換の芳香族炭化水素基の二価基Ar、Arとしては、一例として上記の置換又は無置換の芳香族炭化水素基の二価基が挙げられる。またこれら環状構造を有する基(Ar、ArおよびAr)は、次の(a)〜(f)に示すような種々の置換基を有していてもよい。
Specific examples of the general formulas (I) to (III) thus obtained are shown below. These are similarly applied to the arylamine monomers (IV) to (VI) of the present invention.
The substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group Ar 1 in the general formulas (I) and (VI) may be a monocyclic group or a polycyclic group (a condensed polycyclic group or a non-condensed polycyclic group). Examples include phenyl, naphthyl, pyrenyl, fluorenyl, azulenyl, anthryl, triphenylenyl, chrycenyl, biphenyl, and terphenyl groups.
Examples of the divalent groups Ar 2 and Ar 3 of the substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group in the general formulas (I) and (IV) include, as an example, the divalent group of the above substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group. Groups. Further, these groups having a cyclic structure (Ar 1 , Ar 2 and Ar 3 ) may have various substituents as shown in the following (a) to (f).

(a)ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基。
(b)炭素数1〜25の直鎖または分岐鎖の、アルキル基、アルコキシ基。これらはさらにハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルキルチオ基で置換されていてもよい。
(c)アリールオキシ基。アリール基としてフェニル基、ナフチル基を有するアリールオキシ基が挙げられる。これらは、ハロゲン原子を置換基として含有しても良く、炭素数1〜25の直鎖または分岐鎖の、アルキル基、アルコキシ基、又はアルキルチオ基を含有していても良い。具体的には、フェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、4−メチルフェノキシ基、4−メトキシフェノキシ基、4−クロロフェノキシ基、6−メチル−2−ナフチルオキシ基等が挙げられる。
(d)アルキルチオ基又はアリールチオ基。アルキルチオ基又はアリールチオ基としては、具体的にはメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、p−メチルフェニルチオ基等が挙げられる。
(e)アルキル置換アミノ基。具体的には、ジエチルアミノ基、N−メチル−N−フェニルアミノ基、N,N−ジフェニルアミノ基、N,N−ジ(p−トリル)アミノ基、ジベンジルアミノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、ユロリジル基等が挙げられる。
(f)アシル基。アシル基としては、具体的にはアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、マロニル基、ベンゾイル基等が挙げられる。
(A) A halogen atom, a trifluoromethyl group, a cyano group, or a nitro group.
(B) A linear or branched alkyl group or alkoxy group having 1 to 25 carbon atoms. These may be further substituted with a halogen atom, a cyano group, a phenyl group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an alkoxy group, or an alkylthio group.
(C) Aryloxy group. Examples of the aryl group include an aryloxy group having a phenyl group and a naphthyl group. These may contain a halogen atom as a substituent, and may contain a linear or branched alkyl group, alkoxy group, or alkylthio group having 1 to 25 carbon atoms. Specific examples include phenoxy group, 1-naphthyloxy group, 2-naphthyloxy group, 4-methylphenoxy group, 4-methoxyphenoxy group, 4-chlorophenoxy group, 6-methyl-2-naphthyloxy group and the like. It is done.
(D) an alkylthio group or an arylthio group. Specific examples of the alkylthio group or arylthio group include a methylthio group, an ethylthio group, a phenylthio group, and a p-methylphenylthio group.
(E) an alkyl-substituted amino group. Specifically, diethylamino group, N-methyl-N-phenylamino group, N, N-diphenylamino group, N, N-di (p-tolyl) amino group, dibenzylamino group, piperidino group, morpholino group, Examples include a yurolidyl group.
(F) Acyl group. Specific examples of the acyl group include an acetyl group, a propionyl group, a butyryl group, a malonyl group, and a benzoyl group.

これらの置換基は、その置換基を構成する炭素の数を増やすことで、本発明のアリールアミンの溶媒への溶解性を上げることができる。溶解性を向上させると、例えば塗工溶媒の選択肢、溶液調製時の温度範囲、並びに溶媒の乾燥時の温度範囲及び圧力範囲を拡大することができ、これらプロセッシビリティーの高さにより、結果的に高純度で均一性の高い高品質な薄膜またはバルクを得ることが可能となる。この場合スピンコート法、キャスト法、ディップ法、インクジェット法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、ディスペンス法、スプレー塗工等の公知の成膜方法を用いることができ、このような方法によってクラックがなく、強度、靭性、耐久性等に優れた良好な薄膜またはバルクを作製することができる。一方、炭素数が多すぎても二光子吸収効率が低下してしまうため、溶解性を損なわない範囲で適切に置換基を選択する必要がある。この場合好適な例としては、炭素数が1〜25のアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられ、これらは同一のものを複数導入しても、異なるものを複数導入してもよい。またこれらのアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基はさらにハロゲン原子、シアノ基、アリール基、ヒドロキシル基、カルボキシル基または、炭素数1〜12の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基、アルコキシ基またはアルキルチオ基で置換されたアリール基を含有していてもよい。アルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、t−ブチル基、s−ブチル基、n−ブチル基、i−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、3,7 −ジメチルオクチル基、2−エチルヘキシル基、トリフルオロメチル基、2−シアノエチル基、ベンジル基、4−クロロベンジル基、4−メチルベンジル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられ、アルコキシ基、アルキルチオ基としては上記アルキル基の結合位に酸素原子または硫黄原子を挿入し、それぞれアルコキシ基またはアルキルチオ基としたものが挙げられる。   These substituents can increase the solubility of the arylamine of the present invention in a solvent by increasing the number of carbon atoms constituting the substituent. Increasing the solubility can expand, for example, the choice of coating solvent, the temperature range during solution preparation, and the temperature range and pressure range during solvent drying. It is possible to obtain a high-quality thin film or bulk with high purity and high uniformity. In this case, a known film forming method such as spin coating method, casting method, dipping method, ink jet method, doctor blade method, screen printing method, dispensing method, spray coating, etc. can be used. A good thin film or bulk excellent in strength, toughness, durability and the like can be produced. On the other hand, since the two-photon absorption efficiency is lowered even if the number of carbon atoms is too large, it is necessary to appropriately select a substituent within a range that does not impair the solubility. In this case, preferable examples include an alkyl group having 1 to 25 carbon atoms, an alkoxy group, and an alkylthio group, and these may be used in the same manner or in a different manner. These alkyl groups, alkoxy groups and alkylthio groups are further halogen atoms, cyano groups, aryl groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms, alkoxy groups or alkylthio groups. An aryl group substituted with a group may be contained. Specific examples of the alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, t-butyl group, s-butyl group, n-butyl group, i-butyl group, pentyl group, hexyl group, Heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, 3,7-dimethyloctyl group, 2-ethylhexyl group, trifluoromethyl group, 2-cyanoethyl group, benzyl group, 4-chlorobenzyl group, 4-methyl Examples thereof include a benzyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group, and examples of the alkoxy group and the alkylthio group include those in which an oxygen atom or a sulfur atom is inserted into the bonding position of the alkyl group to form an alkoxy group or an alkylthio group, respectively.

また、請求項4〜6記載の単量体は、それに対応する請求項1〜3の重合体と比較して、他の樹脂と混合する場合、相溶性をあまり考慮しなくて良いというメリットがあり、従って他の樹脂と混合しやすく、加工性に優れるという利点がある。また、重合体に比べると溶媒への溶解度が大きいため、高濃度溶液を調整することも可能になる。
上記、効率良く二光子を吸収する請求項1及至6のいずれかに記載された本発明のアリールアミンを、(i)平面上に形成され、該平面に対し水平、及び垂直方向に記録再生が可能な三次元光記録媒体、または(ii)光硬化性樹脂に光を照射して造形を行なう光造形装置、または(iii)入射光の透過光強度や進路を変更する光制限装置、または(iv)光照射により試料中の被分析物を検出する光検出方法、のそれぞれにおいて利用することで、高感度でかつ三次元的な高分解能を有する新規デバイスを提供することができる。これらは本発明の請求項7及至15の事項であって、以下にその詳細を記す。
In addition, the monomers according to claims 4 to 6 have the merit that, when mixed with other resins, compared with the corresponding polymers according to claims 1 to 3, it is not necessary to consider much compatibility. Therefore, there is an advantage that it is easy to mix with other resins and is excellent in processability. Moreover, since the solubility in a solvent is larger than that of a polymer, a high concentration solution can be prepared.
The arylamine of the present invention according to any one of claims 1 to 6 which efficiently absorbs two-photons is formed on (i) a plane, and can be recorded and reproduced horizontally and vertically with respect to the plane. Possible three-dimensional optical recording medium, or (ii) an optical modeling device that performs modeling by irradiating light to a photocurable resin, or (iii) an optical limiting device that changes the transmitted light intensity or path of incident light, or ( iv) A novel device having high sensitivity and three-dimensional high resolution can be provided by using in each of the light detection methods for detecting an analyte in a sample by light irradiation. These are matters of claims 7 to 15 of the present invention, and details thereof will be described below.

<三次元光記録媒体への応用>
インターネットやイントラネットなどのネットワークの拡大、1920×1080(垂直×水平)ドットの画像情報量をもつハイビジョンTVの普及、更にHDTV(HighDefinition Television)の放映が間近にひかえた今日、データのアーカイブ用途として民生では50GB以上、好ましくは100GB以上の記録媒体が要求されている。また、コンピューターや放送映像等のバックアップ用途としては、1TB程度あるいはそれ以上の大容量の情報を高速でかつ安価に記録可能な記録媒体が求められている。
そのような状況の中、究極の高密度、大容量記録媒体として注目される三次元光記録媒体は、入射光に対し垂直及び水平方向に記録/再生が可能な記録媒体であって、膜厚方向に何十、何百層もの記録層を重ねたり、或いは厚膜とすることで、光入射方向に対し何重にも記録再生が可能なため、CD、DVDのような従来の二次元記録媒体に比べ何十、何百倍もの超高密度、超高容量記録の可能性を秘めた記録媒体であると云われている。
前記のように、二光子吸収材料を用いた3次元光記録媒体としては、記録再生に蛍光性物質を用いて蛍光で読み取る方法(レヴィッチ、ユージーン、ポリス他、特許文献6:特表2001−524245号公報、パベル、ユージエン他、特許文献7:特表2000−512061号公報)、フォトクロミック化合物を用いて吸収または蛍光で読み取る方法(コロティーフ、ニコライ・アイ他、特許文献8:特表2001−522119号公報、アルセノフ、ヴラディミール他、特許文献9:特表2001−508221号公報)等が提案されているが、いずれも具体的な二光子吸収材料の提示はなく、また抽象的に提示されている二光子吸収化合物の例も二光子吸収効率の極めて小さい二光子吸収化合物を用いている。さらに、これらの特許文献に用いているフォトクロミック化合物は可逆材料であるため、非破壊読み出し、記録の長期保存性、再生のS/N比等に問題があり、光記録媒体として実用性のある方式であるとは言えない。特に非破壊読出し、記録の長期保存性等の点では、不可逆材料を用いて反射率(屈折率または吸収率)または発光強度の変化で再生するのが好ましいが、このような機能を有する二光子吸収材料を具体的に開示している例はなかった。
また、河田聡、川田善正、特許文献10:特開平6−28672号公報、河田聡、川田善正他、特許文献11:特開平6−118306号公報には、屈折率変調により三次元的に記録する記録装置、及び再生装置、読み出し方法等が開示されているが、二光子吸収三次元光記録材料を用いた方法についての記載はない。
<Application to three-dimensional optical recording media>
Today, with the expansion of networks such as the Internet and Intranet, the widespread use of high-definition TV with 1920 x 1080 (vertical x horizontal) dot image information volume, and HDTV (HighDefinition Television) broadcasts in the near future, today's consumer data archiving applications Therefore, a recording medium of 50 GB or more, preferably 100 GB or more is required. Further, as a backup application for computers and broadcast videos, a recording medium capable of recording large-capacity information of about 1 TB or more at high speed and at low cost is required.
Under such circumstances, a three-dimensional optical recording medium that is attracting attention as an ultimate high-density, large-capacity recording medium is a recording medium that can record / reproduce in the vertical and horizontal directions with respect to incident light. By stacking dozens or hundreds of recording layers in the direction, or by using a thick film, it is possible to record and play back multiple times in the light incident direction, so conventional two-dimensional recording such as CD and DVD It is said to be a recording medium having the possibility of ultra-high density and ultra-high capacity recording that is tens or hundreds of times higher than that of the medium.
As described above, as a three-dimensional optical recording medium using a two-photon absorption material, a method of reading with fluorescence using a fluorescent substance for recording and reproduction (Levich, Eugene, Polis et al., Patent Document 6: Special Table 2001-524245). Publication, Pavel, Eugene et al., Patent Document 7: Japanese Translation of PCT International Publication No. 2000-512061), a method of reading by absorption or fluorescence using a photochromic compound (Corotif, Nikolai Eye et al., Patent Document 8: Japanese Patent Application Publication No. 2001-522119). Patent Literature 9: JP-A-2001-508221) and the like have been proposed, but none of them presents a specific two-photon absorption material and is presented abstractly. An example of the photon absorption compound also uses a two-photon absorption compound having extremely small two-photon absorption efficiency. Further, since the photochromic compounds used in these patent documents are reversible materials, there are problems in non-destructive reading, long-term storage stability of recording, S / N ratio of reproduction, and the like, a method that is practical as an optical recording medium I can't say that. In particular, in terms of non-destructive readout, long-term storage stability of recording, etc., it is preferable to reproduce by changing the reflectance (refractive index or absorptivity) or emission intensity using an irreversible material. There was no example that specifically disclosed the absorbent material.
Further, in Kawada Jun, Kawada Yoshimasa, Patent Document 10: JP-A-6-28672, Kawada Kei, Kawada Yoshimasa et al., Patent Document 11: JP-A-6-118306, three-dimensional recording is performed by refractive index modulation. However, there is no description of a method using a two-photon absorption three-dimensional optical recording material.

非共鳴二光子吸収を利用し、レーザー焦点(記録)部と非焦点(非記録)部を書き換えできない方式で変調できれば、極めて高い空間分解能で、三次元空間の任意の場所に記録を行なうことができ、究極の高密度記録媒体とされる三次元光記録媒体を実現することができる。また不可逆材料を用いることで非破壊読み出しが可能となり、良好な保存特性を維持できるため、より実用的である。しかし、現時点で利用可能な二光子吸収材料はその二光子遷移効率が低いため、記録に用いる光源として非常に高出力の光源が必要となり、また更には感度が低いことから、その分記録時間が長くかかってしまう欠点があった。実用的な三次元光記録媒体を実現するためには高速記録は不可欠であり、高速記録が可能な高感度な光記録材料が強く望まれていた。   If non-resonant two-photon absorption is used and the laser focus (recording) part and non-focus (non-recording) part can be modulated by a method that cannot be rewritten, recording can be performed at any place in a three-dimensional space with extremely high spatial resolution. It is possible to realize a three-dimensional optical recording medium that is an ultimate high-density recording medium. In addition, non-destructive readout is possible by using an irreversible material, and good storage characteristics can be maintained, which is more practical. However, currently available two-photon absorption materials have a low two-photon transition efficiency, so a very high-power light source is required as a light source used for recording, and furthermore, the sensitivity is low, so that the recording time is increased accordingly. There was a drawback that it took a long time. High-speed recording is indispensable for realizing a practical three-dimensional optical recording medium, and a highly sensitive optical recording material capable of high-speed recording has been strongly desired.

本発明の光記録材料は、スピンコーター、ロールコーターまたはバーコーターなどを用いる事で、基板上に直接塗布することも、あるいはフィルムとしてキャストし、ついで通常の方法により基板にラミネートすることもできる。ここで「基板」とは、任意の天然又は合成支持体、好適には柔軟性又は剛性フィルム、シートまたは板の形態で存在できるものを意味する。溶液調製や塗工時に使用した溶媒は乾燥時に蒸発除去することもでき、蒸発除去には加熱や減圧を用いても良い。基板として好ましくは、ポリエチレンテレフタレート、樹脂下塗り型ポリエチレンテレフタレート、火炎又は静電気放電処理されたポリエチレンテレフタレート、セルロースアセテート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ガラス等である。また、この基板にはあらかじめ、トラッキング用の案内溝やアドレス情報が付与されたものであっても良い。   The optical recording material of the present invention can be applied directly on a substrate by using a spin coater, roll coater, bar coater or the like, or cast as a film and then laminated on the substrate by a usual method. “Substrate” here means any natural or synthetic support, preferably one that can exist in the form of a flexible or rigid film, sheet or plate. The solvent used during solution preparation and coating can be removed by evaporation during drying, and heating or reduced pressure may be used for evaporation removal. Preferred substrates include polyethylene terephthalate, resin-primed polyethylene terephthalate, polyethylene terephthalate treated with flame or electrostatic discharge, cellulose acetate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyester, polyvinyl alcohol, glass and the like. The substrate may be provided with a guide groove for tracking and address information in advance.

さらにこの二光子吸収光記録材料の上に、酸素遮断や層間クロストーク防止のための保護層(中間層)を形成してもよい。保護層(中間層)は、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンテレフタレートまたはセロファンフィルムなどのプラスチック製のフィルムまたは板を静電的な密着、押し出し機を使った積層等により貼合わせるか、前記ポリマーの溶液を塗布してもよい。また、ガラス板を貼合わせてもよい。但し、このような保護層(中間層)は設けなくても、二光子吸収材料の特性から三次元記録は可能である。
また更には、保護層と記録材料の間および/または基板と記録材料の間に、気密性を高めるための粘着剤または液状物質を存在させることもできる。さらに記録材料間の保護層(中間層)にあらかじめトラッキング用の案内溝やアドレス情報を付与しても良い。
Further, a protective layer (intermediate layer) for blocking oxygen and preventing interlayer crosstalk may be formed on the two-photon absorption optical recording material. The protective layer (intermediate layer) is made of a plastic film or plate such as polypropylene, polyethylene, polyolefins such as polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyethylene terephthalate or cellophane film. Alternatively, the layers may be laminated together or the polymer solution may be applied. Further, a glass plate may be bonded. However, even if such a protective layer (intermediate layer) is not provided, three-dimensional recording is possible due to the characteristics of the two-photon absorption material.
Furthermore, an adhesive or a liquid substance for enhancing airtightness may be present between the protective layer and the recording material and / or between the substrate and the recording material. Further, a guide groove for tracking and address information may be provided in advance in a protective layer (intermediate layer) between recording materials.

図1に、本発明の二光子吸収材料を光記録材料として利用する三次元光記録媒体の一例(a)と、その記録装置(b)の一例を示した。但し本発明は、これらの実施形態により何ら限定されず、三次元記録(平面及び膜厚方向に記録)が可能な構造であれば、他にどのような構造であっても構わない。
図1(a)は平らな支持体(基板:11a)に、本発明の二光子吸収材料からなる記録層(13a)と、クロストーク防止用の中間層(14a)(保護層)を交互に50層積層させた三次元光記録媒体の例である。記録層の厚さは0.01〜0.5μm、中間層の厚さは0.1〜5μmが好ましく、この構造であれば今日普及しているCDやDVDと同じサイズで、テラバイト級の大容量の光記録媒体を実現することができる。
FIG. 1 shows an example (a) of a three-dimensional optical recording medium using the two-photon absorption material of the present invention as an optical recording material, and an example of a recording apparatus (b) thereof. However, the present invention is not limited in any way by these embodiments, and any other structure may be used as long as it can perform three-dimensional recording (recording in a plane and a film thickness direction).
FIG. 1A shows a flat support (substrate: 11a) having a recording layer (13a) made of the two-photon absorption material of the present invention and an intermediate layer (14a) (protective layer) for preventing crosstalk alternately. This is an example of a three-dimensional optical recording medium in which 50 layers are stacked. The thickness of the recording layer is preferably 0.01 to 0.5 μm, and the thickness of the intermediate layer is preferably 0.1 to 5 μm. With this structure, the recording layer has the same size as a CD or DVD that is widely used today, and has a large size of terabyte. An optical recording medium having a capacity can be realized.

情報の三次元的な記録は、光源(11b)から発生した光(15a)を本発明のアリールアミンからなる二光子吸収材料を含む記録層(13a)中の所望の箇所に焦点を結ばせることで行なわれる。光源には単一ビームが使用され、この場合フェムト秒オーダーの超短パルス光を利用することができる。ビット単位、深さ方向単位の記録方法以外に、面光源を利用する並行記録方法も高転送レートを実現することから好ましい。
またここでは図示されていないが、記録媒体(図1a)において中間層の存在しないバルク状の記録媒体を作製し、ホログラム記録のようにページデータを一括記録することで、高転送レートを実現することも可能である。
In the three-dimensional recording of information, the light (15a) generated from the light source (11b) is focused on a desired location in the recording layer (13a) containing the two-photon absorption material comprising the arylamine of the present invention. Is done. A single beam is used as the light source, and in this case, ultrashort pulsed light of femtosecond order can be used. In addition to the bit-unit and depth-unit recording methods, a parallel recording method using a surface light source is preferable because it achieves a high transfer rate.
Although not shown here, a bulk-type recording medium having no intermediate layer is produced on the recording medium (FIG. 1a), and the page data is collectively recorded like hologram recording, thereby realizing a high transfer rate. It is also possible.

再生は、記録時よりも強度の弱いレーザー光を記録部と未記録部に照射し、それらの発光強度変化、或いは反射率変化を検出器(13b)で検出することで行なう。再生光には、データ記録に使用するビームとは異なる波長、或いは低出力の同波長の光を用いることもできる。記録と同様再生においても、ビット単位/ページ単位の再生がいずれにおいても可能であり、面光源や二次元検出器等を利用する並行記録/再生は、転送レートの高速化に有効である。
なお、本発明に従って同様に形成される光記録媒体の形態としては、カード状、プレート状、テープ状、ドラム状等も考えられる。
Reproduction is performed by irradiating the recording part and the non-recording part with laser light having a lower intensity than that at the time of recording, and detecting the change in the light emission intensity or the reflectance with the detector (13b). As the reproduction light, a light having a wavelength different from that of the beam used for data recording or the same wavelength with a low output can be used. Similar to recording, reproduction in bit units / page units is possible, and parallel recording / reproduction using a surface light source, a two-dimensional detector, or the like is effective in increasing the transfer rate.
In addition, as a form of the optical recording medium similarly formed according to the present invention, a card form, a plate form, a tape form, a drum form, and the like are also conceivable.

<光造形材料、光造形装置としての応用>
光造形用二光子光硬化性樹脂とは、光を照射することにより二光子重合反応を起こし、液体から固体へと変化する特性を持った樹脂のことである。主成分はオリゴマーと反応性希釈剤からなる樹脂成分と光重合開始剤(必要に応じ光増感材料を含む)である。オリゴマーは重合度が2〜20程度の重合体であり、末端に多数の反応基を持つ。さらに、粘度、硬化性等を調整するため、反応性希釈剤が加えられている。光を照射すると、重合開始剤または光増感材料が二光子吸収し、重合開始剤から直接または光増感材料を介して反応種が発生し、オリゴマー、反応性希釈剤の反応基に反応して重合が開始される。その後、これらの間で連鎖的重合反応を起し三次元架橋が形成され、短時間のうちに三次元網目構造を持つ固体樹脂へと変化する。
光硬化性樹脂は光硬化インキ、光接着剤、積層式立体造形などの分野で使用されており、様々な特性を持つ樹脂が開発されている。特に、積層式立体造形においては反応性が良好であること、硬化時の堆積収縮が小さいこと、硬化後の機械特性が優れることが重要になっている。
本発明の二光子吸収材料は、このような要求を満たす、二光子吸収重合開始剤または二光子吸収光増感材料として用いることができる。本発明の二光子吸収材料は従来に比べ二光子吸収感度が高いため高速造形が可能となり、また二光子吸収現象を利用するため、微細で三次元的な造形を実現することができる。
<Application as stereolithography material and stereolithography equipment>
The two-photon photocurable resin for stereolithography is a resin having a characteristic of causing a two-photon polymerization reaction when irradiated with light and changing from a liquid to a solid. The main components are a resin component consisting of an oligomer and a reactive diluent and a photopolymerization initiator (including a photosensitizing material as required). An oligomer is a polymer having a degree of polymerization of about 2 to 20, and has a large number of reactive groups at its ends. Further, a reactive diluent is added to adjust the viscosity, curability and the like. When irradiated with light, the polymerization initiator or photosensitizing material absorbs two photons, and reactive species are generated directly from the polymerization initiator or through the photosensitizing material, and react with the reactive groups of the oligomer and reactive diluent. Polymerization is started. Thereafter, a chain polymerization reaction is caused between them to form a three-dimensional cross-link, and in a short time, a solid resin having a three-dimensional network structure is formed.
Photocurable resins are used in fields such as photocurable inks, photoadhesives, and layered three-dimensional modeling, and resins having various characteristics have been developed. In particular, in layered three-dimensional modeling, it is important that the reactivity is good, the deposition shrinkage during curing is small, and the mechanical properties after curing are excellent.
The two-photon absorption material of the present invention can be used as a two-photon absorption polymerization initiator or a two-photon absorption photosensitizing material that satisfies such requirements. Since the two-photon absorption material of the present invention has a higher two-photon absorption sensitivity than before, high-speed modeling is possible, and since the two-photon absorption phenomenon is used, a fine and three-dimensional modeling can be realized.

本発明においては、光増感材料として利用する本発明の二光子吸収材料を紫外線硬化樹脂等に分散させて感光物固体を形成し、この感光物固体の所望の個所に光照射を行なうことで、照射光の焦点付近のみに硬化反応を起こさせ、超精密三次元造形物を形成する。
図2は、本発明の二光子吸収材料を用いて光造形を行なう場合の光造形装置の一例である。
光源(21)からのパルスレーザー光を可動形式のミラー(22)及び集光レンズ(23)を介し本発明の二光子吸収材料(24)に集光すると、集光点近傍のみに光子密度の高い領域が形成される。このとき、ビームの各断面を通過するフォトンの総数は一定のため、焦点面内でビームを二次元的に走査した場合、各断面における光強度の総和は一定である。しかしながら、二光子吸収の発生確率は光強度の二乗に比例するため、光強度の大きい集光点近傍にのみ二光子吸収の発生の高い領域が形成される。集光点は可動形式のミラー(22)や可動ステージ(25)(ガルバノミラー及びZステージ)を制御することで光硬化樹脂液内において自由に変化させることができるため、任意の位置にナノメートルオーダーの精度で樹脂を局所的に硬化することができ、所望の三次元加工物を容易に形成することができる。
In the present invention, the two-photon absorption material of the present invention used as a photosensitizing material is dispersed in an ultraviolet curable resin or the like to form a photosensitive material solid, and light irradiation is performed on a desired portion of the photosensitive material solid. The curing reaction is caused only in the vicinity of the focal point of the irradiation light to form an ultra-precise three-dimensional structure.
FIG. 2 is an example of an optical modeling apparatus when performing optical modeling using the two-photon absorption material of the present invention.
When the pulsed laser light from the light source (21) is condensed on the two-photon absorption material (24) of the present invention through the movable mirror (22) and the condenser lens (23), the photon density is only in the vicinity of the condensing point. A high region is formed. At this time, since the total number of photons passing through each cross section of the beam is constant, when the beam is scanned two-dimensionally within the focal plane, the total light intensity in each cross section is constant. However, since the probability of occurrence of two-photon absorption is proportional to the square of the light intensity, a region where the generation of two-photon absorption is high is formed only near the condensing point where the light intensity is high. The condensing point can be freely changed in the photocurable resin liquid by controlling the movable mirror (22) and the movable stage (25) (galvano mirror and Z stage). The resin can be locally cured with order accuracy, and a desired three-dimensional workpiece can be easily formed.

また、このように作製される造形物の一例として、図3には光導波路を挙げた。
近年、大容量アーカイブ用途の記録媒体が求められる一方で、ユビキタスネットワークの実現に向けた光ファイバ通信の開発による情報伝送の高速化及び大容量化も求められている。その一つに、WDM(波長多重通信)と呼ばれる波長の異なる光の不干渉性を利用した大容量伝送技術が知られているが、そのWDMにおいては、特定の波長の光信号を合波或いは分波する素子が不可欠であり、そのための素子として光導波路が用いられている。光導波路においては、素子内部に、ある特定の屈折率分布などを形成させることで、電気回路中を電子が流れるように光信号をその分布に沿って導くことができる。このような波長による屈折率変化を利用する光導波路構造は、図2に示す光造形装置を用い、本発明の二光子吸収材料を含む薄膜、または本発明の二光子吸収材料を光硬化性樹脂等に分散させた固体物を光造形することで形成することができる。
In addition, as an example of the modeled object thus manufactured, FIG. 3 shows an optical waveguide.
In recent years, while a recording medium for large-capacity archives is demanded, an increase in information transmission speed and capacity is also demanded by development of optical fiber communication for realizing a ubiquitous network. One of them is known as WDM (Wavelength Multiplexing Communication), which is a large-capacity transmission technology that uses the incoherence of light of different wavelengths. In WDM, optical signals of specific wavelengths are combined or An element for demultiplexing is indispensable, and an optical waveguide is used as an element for that purpose. In the optical waveguide, by forming a specific refractive index distribution or the like inside the element, an optical signal can be guided along the distribution so that electrons flow in the electric circuit. An optical waveguide structure using such a refractive index change due to wavelength uses the optical modeling apparatus shown in FIG. 2, and a thin film containing the two-photon absorption material of the present invention or the two-photon absorption material of the present invention is used as a photocurable resin. It can be formed by stereolithography of a solid object dispersed in the same.

本発明における光造形を理解するのに有益な公知文献として特開2005−134873号公報が挙げられる。これによるとパルスレーザー光を感光性高分子膜の表面にマスクを介さず干渉露光させている。レーザー光は、感光性高分子膜の感光性機能を発揮させる波長成分をもった光からなり、感光性高分子の種類、または感光性高分子の感光性機能を有する基又は部位に応じて選択されている。
また光導波路に関する公知文献としては、特開平08−320422号公報に光屈折率材料に光を照射して形成される光導波路をはじめ、特開2004−277416号公報、特開平11−167036号公報、特開2005−257741号公報等で開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-134873 is a known document useful for understanding the optical modeling in the present invention. According to this, pulsed laser light is subjected to interference exposure on the surface of the photosensitive polymer film without using a mask. The laser beam consists of light having a wavelength component that exerts the photosensitive function of the photosensitive polymer film, and is selected according to the type of photosensitive polymer or the group or site having the photosensitive function of the photosensitive polymer. Has been.
Also, as publicly known documents concerning optical waveguides, Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-320422 discloses an optical waveguide formed by irradiating light on a photorefractive index material, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-277416, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-167036. JP, 2005-257741, A, etc.

このような従来に比べ、本発明の二光子吸収材料を利用した光造形物の特徴は以下のようである。即ち、
(1)回折限界をこえる加工分解能
二光子吸収の光強度に対する非線形性によって、焦点以外の領域では光硬化性樹脂が硬化しない。このため照射光の回折限界を超えた加工分解能を実現できる。
(2)超高速造形
本発明の二光子吸収材料を用いて加工される造形物においては、従来に比べ、二光子吸収感度が高いため、ビームのスキャン速度を速くすることができる。
(3)三次元加工性
光硬化性樹脂は、二光子吸収を誘起する近赤外光に対して透明である。したがって焦点光を樹脂の内部へ深く集光した場合でも、内部硬化が可能である。従来のSIHでは、ビームを深く集光した場合、光吸収によって集光点の光強度が小さくなり、内部硬化が困難になる問題点が、本発明ではこうした問題点を確実に解決することができる。
(4)高い歩留り
従来法では樹脂の粘性や表面張力によって造形物が破損、変形するという問題があったが、本手法では、樹脂の内部で造形を行なうためこうした問題が解消される。
(5)大量生産への適用
超高速造形を利用することによって、短時間に、連続的に多数個の部品あるいは可動機構の製造が可能である。
Compared to such a conventional technique, the features of the optically shaped object using the two-photon absorption material of the present invention are as follows. That is,
(1) Processing resolution beyond the diffraction limit Due to the non-linearity of the two-photon absorption with respect to the light intensity, the photocurable resin is not cured in a region other than the focal point. For this reason, processing resolution exceeding the diffraction limit of irradiation light is realizable.
(2) Ultra-high-speed modeling Since the two-photon absorption sensitivity is higher in the modeled object processed using the two-photon absorption material of the present invention, the beam scanning speed can be increased.
(3) Three-dimensional processability The photocurable resin is transparent to near-infrared light that induces two-photon absorption. Therefore, even when the focused light is condensed deeply into the resin, internal curing is possible. In the conventional SIH, when the beam is condensed deeply, the light intensity at the condensing point becomes small due to light absorption, and the internal curing becomes difficult. In the present invention, these problems can be solved reliably. .
(4) High Yield In the conventional method, there is a problem that the modeled object is damaged or deformed due to the viscosity or surface tension of the resin, but in this method, such a problem is solved because modeling is performed inside the resin.
(5) Application to mass production By using ultra-high-speed modeling, it is possible to manufacture a large number of parts or movable mechanisms continuously in a short time.

<光制限材料、光制限装置としての応用>
光通信や光情報処理では、情報等の信号を光で搬送するためには変調、スイッチング等の光制御が必要になる。この種の光制御には、電気信号を用いた電気−光制御方法が従来採用されている。しかし電気−光制御方法は、電気回路のようなCR時定数による帯域制限、素子自体の応答速度や電気信号と光信号との間の速度の不釣合いで処理速度(>10ps)が制限されることなどの制約があり、光の利点である広帯域性や高速性を十分に生かすためには、光信号によって光信号を制御する光−光制御技術が非常に重要になってくる。この要求に応えるものとして本発明の二光子吸収材料を加工して作製した光学素子は、光を照射することで引き起こされる透過率や屈折率、吸収係数などの光学的変化を利用し、電子回路技術を用いずに光の強度や周波数を直接光で変調することで、光通信、光交換、光コンピューター、光インターコネクション等における高速光スイッチなどに応用することが可能である。
二光子吸収による光学特性変化を利用する本発明の光制限素子は、通常の半導体材料により形成される光制限素子や、一光子励起によるものに比べ、応答速度にはるかに優れた素子(<1ps)を提供することができ、また高感度ゆえに、S/N比の高い信号特性に優れた光制限素子を提供することができる。
<Application as light limiting material and light limiting device>
In optical communication and optical information processing, optical control such as modulation and switching is required to carry signals such as information with light. For this type of light control, an electro-light control method using an electric signal has been conventionally employed. However, in the electro-optical control method, the processing speed (> 10 ps) is limited due to the band limitation due to the CR time constant as in an electric circuit, the response speed of the element itself, and the mismatch between the speed between the electric signal and the optical signal. In order to make full use of the broadband and high speed, which are the advantages of light, the light-light control technology for controlling the optical signal by the optical signal becomes very important. An optical element manufactured by processing the two-photon absorption material of the present invention in response to this requirement utilizes an optical change such as transmittance, refractive index, absorption coefficient, etc. caused by irradiating light, and an electronic circuit. By directly modulating light intensity and frequency with light without using technology, it can be applied to high-speed optical switches in optical communication, optical exchange, optical computer, optical interconnection, and the like.
The optical limiting element of the present invention that utilizes the change in optical characteristics due to two-photon absorption is an optically limiting element that is formed of a normal semiconductor material, or an element that has a much higher response speed (<1 ps) than those based on one-photon excitation. ), And because of its high sensitivity, it is possible to provide an optical limiting element excellent in signal characteristics with a high S / N ratio.

従来の一光子吸収や、過飽和吸収を利用した光制限素子の例としては、例えばスペクトルホール バーニング、励起子吸収、サブバンド間遷移、量子閉じ込めシャタルク効果などが挙げられるが、これらの素子には、超高速応答を得るのが難しい、素子作製(組成、構造)が複雑、対応波長域が狭い、偏波依存性が大きい系が多い、といった問題点がある。
一方、二光子吸収の非線形性を利用した光制限素子においては、超高速応答性に優れる、素子作製(組成、構造)が容易、対応波長域が広くは波長選択制が広い、偏波依存性がないといった利点がある。
Examples of conventional optical limiting elements using single-photon absorption or supersaturated absorption include spectral hole burning, exciton absorption, intersubband transition, quantum confinement chattalc effect, etc. There are problems in that it is difficult to obtain an ultrafast response, device fabrication (composition and structure) is complicated, the corresponding wavelength range is narrow, and there are many systems with large polarization dependence.
On the other hand, an optical limiting element using nonlinearity of two-photon absorption has excellent ultrafast response, easy element fabrication (composition, structure), wide wavelength range and wide wavelength selection, polarization dependence There is an advantage that there is no.

図4は、特定波長の制御光により本発明の二光子吸収材料を二光子励起することで、一光子励起し得る波長の信号光をスイッチングする素子を示したものである。
制御光(41)及び信号光(42)から入射したレーザー光は、集光装置(43)(レンズ、凹面鏡など)により集光され、制御光(41)の強度が極めて強い場合のみ、保護層で挟持された本発明の二光子吸収材料からなる光学フィルター(44)内で吸収され、一光子励起波長の透過率が変化する。制御光(42)の強度がない場合または、弱い場合はそのまま通過し、コリメート装置(45)(レンズ、凹面鏡など)により迷光を除去するカラーフィルター(46)等を通して出射側にある光検出器(47)において検出される。即ち、このように二光子吸収の非線形性に伴う透過率の変化を利用することで、信号光を制御光の強弱で処理する高速応答の光スイッチングが可能となる。
FIG. 4 shows an element that switches signal light of a wavelength that can be excited by one photon by two-photon excitation of the two-photon absorption material of the present invention with control light of a specific wavelength.
The laser light incident from the control light (41) and the signal light (42) is collected by the light condensing device (43) (lens, concave mirror, etc.), and the protective layer only when the intensity of the control light (41) is extremely strong. Is absorbed in the optical filter (44) made of the two-photon absorption material of the present invention sandwiched between and the transmittance of the one-photon excitation wavelength is changed. If the intensity of the control light (42) is not strong or weak, it passes through as it is, and a photodetector (45) on the light exit side through a color filter (46) etc. that removes stray light by a collimator (45) (lens, concave mirror, etc.) 47). That is, by utilizing the change in transmittance due to the nonlinearity of two-photon absorption in this way, it is possible to perform high-speed optical switching that processes signal light with the intensity of control light.

図5は、本発明の二光子吸収材料を、信号光と制御光により二光子励起させ、全光スイッチングする光制御素子の動作例である。
制御光及び信号光は、集光装置により二光子吸収材料を主構成要素とする光制限素子に集光され、制御光がoffの場合は信号光がそのまま出力され、制御光がonの場合は信号光と共に二光子吸収され出力は無くなる。制御光のon/offにより、信号光の光スイッチが可能となる。
FIG. 5 shows an operation example of a light control element that performs two-photon excitation of the two-photon absorption material of the present invention with signal light and control light and performs all-optical switching.
The control light and the signal light are collected by a light collecting device on a light limiting element having a two-photon absorption material as a main component. When the control light is off, the signal light is output as it is. When the control light is on, Two-photon is absorbed together with the signal light, and the output is lost. By turning on / off the control light, an optical switch of signal light is possible.

更に図5は、本発明の二光子吸収材料を、二光子励起し得る波長の制御光により二光子励起させることによって、出力光の光路をスイッチングする光制御素子の一例である。
制御光及び信号光から入射したレーザー光は、集光装置により二光子吸収材料を主構成要素とする光導波路の分岐路部位に集光され、制御光の強度が極めて強い場合のみ光導波路の分岐路部位により吸収され、その部位の屈折率が変化する。二光子吸収による光導波路の分岐路部位の屈折率変化、信号光の光導波路の屈折率、および出力光の光導波路の屈折率を調整することにより出力光の光路を切り替えることができる。二光子吸収の非線形性に伴う屈折率の変化を利用することにより、例えば光導波路において、光路のスイッチングを行なうことが可能となる。
Further, FIG. 5 shows an example of a light control element that switches the optical path of output light by two-photon excitation of the two-photon absorption material of the present invention with control light having a wavelength capable of two-photon excitation.
The laser light incident from the control light and the signal light is focused on the branch path portion of the optical waveguide whose main component is the two-photon absorption material by the condensing device, and is branched only when the intensity of the control light is extremely strong. It is absorbed by the road part and the refractive index of the part changes. The optical path of the output light can be switched by adjusting the refractive index change of the branch path portion of the optical waveguide due to two-photon absorption, the refractive index of the optical waveguide of the signal light, and the refractive index of the optical waveguide of the output light. By utilizing the change in the refractive index accompanying the nonlinearity of two-photon absorption, it becomes possible to switch the optical path in, for example, an optical waveguide.

本発明における光制限素子を理解するのに有益な公知文献として、光屈折率材料に光を照射して形成される光導波路(特開平8−320422号公報)をはじめ、特開2004−277416号公報、特開平11−167036号公報、特開2005−257741号公報等で開示されているが、本発明の二光子吸収材料を利用した光機能素子は、通常の半導体材料により形成される素子や材料の一光子励起を利用する素子と比べて、応答速度にはるかに優れ、かつ高感度で、S/N比が高いといった優れた信号特性も備えている。   Known documents useful for understanding the light limiting element in the present invention include an optical waveguide (Japanese Patent Laid-Open No. 8-320422) formed by irradiating light to a photorefractive index material, and Japanese Patent Laid-Open No. 2004-277416. The optical functional element using the two-photon absorption material of the present invention is an element formed of a normal semiconductor material, although disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-167036 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-257741. Compared to a device that uses one-photon excitation of a material, it has excellent signal characteristics such as a far superior response speed, high sensitivity, and a high S / N ratio.

<二光子励起蛍光検出方法への応用>
二光子励起蛍光検出法とは、二光子蛍光材料を結合させて標識した被分析物を含む試料に、近赤外のパルスレーザーを集光しながら走査し、被分析物が二光子励起されたときに発生する蛍光を検出することで三次元的に像を得る検出方法のことである。図7にそのような光検出デバイスの一例として、二光子励起蛍光顕微鏡を示した。
図7の装置は、近赤外域波長のサブピコ秒単色コヒーレントパルスを発生する光源(71)から、レーザー光を発生させ、ダイクロイックミラー(72)を経て、集光装置(73)により集光し、本発明の二光子吸収材料を結合させた被分析物を含む試料(74)中で焦点を結ばせることより、二光子蛍光を発生させる。試料上でレーザー光を操作し、各場所の蛍光強度を光検出器(76)で検出し、蛍光強度と得られた位置情報とをコンピューター上でプロットすることで、三次元蛍光像を得ることができる。この場合、該顕微鏡には所望の集光位置をレーザービームで走査するための走査機構が備えられており、例えばステージ(75)に置かれた試料を移動させても良く、また或いは可動ミラー(ガルバノミラーなど)を用いてレーザービームを走査しても良い。
このような構成をとる二光子励起蛍光顕微鏡は光軸方向に高分解能の像を得ることができるが、共焦点ピンホール板を用いることで、面内、光軸方向共にさらに分解能をあげることができる。
<Application to two-photon excitation fluorescence detection method>
The two-photon excitation fluorescence detection method is a two-photon excited material that is scanned by focusing a near-infrared pulse laser on a sample containing an analyte labeled with a two-photon fluorescent material. It is a detection method that obtains an image three-dimensionally by detecting fluorescence that is sometimes generated. FIG. 7 shows a two-photon excitation fluorescence microscope as an example of such a light detection device.
The apparatus in FIG. 7 generates laser light from a light source (71) that generates sub-picosecond monochromatic coherent pulses in the near-infrared region, passes through a dichroic mirror (72), and is collected by a condenser (73). Two-photon fluorescence is generated by focusing in a sample (74) containing an analyte to which the two-photon absorbing material of the present invention is bound. A three-dimensional fluorescence image is obtained by manipulating the laser beam on the sample, detecting the fluorescence intensity at each location with a photodetector (76), and plotting the fluorescence intensity and the obtained position information on a computer. Can do. In this case, the microscope is provided with a scanning mechanism for scanning a desired condensing position with a laser beam. For example, a sample placed on a stage (75) may be moved, or a movable mirror ( A laser beam may be scanned using a galvanometer mirror or the like.
A two-photon excitation fluorescence microscope having such a configuration can obtain a high-resolution image in the optical axis direction. However, by using a confocal pinhole plate, the resolution can be further improved in both the in-plane and optical axis directions. it can.

このように用いられる二光子蛍光材料は、被分析物の染色、または被分析物に分散させることで使用することができ、工業用途のみならず、生体細胞等の三次元画像マイクロイメージングにも用いることができる。また生体適合性のポリマーと混合することで光線力学的治療法(PDT)における光感受性材料として用いることも可能である。   The two-photon fluorescent material used in this way can be used by staining an analyte or by dispersing it in the analyte, and is used not only for industrial use but also for three-dimensional image microimaging of living cells and the like. be able to. It can also be used as a photosensitive material in photodynamic therapy (PDT) by mixing with a biocompatible polymer.

本発明における二光子励起蛍光顕微鏡を理解するのに有益な公知文献として特開平9−230246号公報が挙げられる。たとえば走査型蛍光顕微鏡は、所望の大きさに拡大されたコリメート光を発するレーザー照射光学系と、複数の集光素子が形成された基板とを備え、該集光素子の集光位置が対物レンズ系の像位置に一致するように配され、かつ、前記の集光素子が形成された基板と対物レンズ系との間に、長波長を透過し短波長を反射するビームスプリッタが配され、標本面で多光子吸収による蛍光を発生させることを特徴とするものである。
このような構成により、多光子吸収そのものの非線形効果を利用して、光軸方向の高分解能を得ることができる。加えて、共焦点ピンホール板を用いれば、さらなる高分解能(面内、光軸方向共)が得られる。
Japanese Patent Laid-Open No. 9-230246 is a known document useful for understanding the two-photon excitation fluorescence microscope of the present invention. For example, a scanning fluorescent microscope includes a laser irradiation optical system that emits collimated light expanded to a desired size, and a substrate on which a plurality of condensing elements are formed. A beam splitter that transmits a long wavelength and reflects a short wavelength is disposed between the substrate on which the light condensing element is formed and the objective lens system, so as to coincide with the image position of the system. The surface is characterized by generating fluorescence by multiphoton absorption.
With such a configuration, it is possible to obtain high resolution in the optical axis direction by utilizing the nonlinear effect of multiphoton absorption itself. In addition, if a confocal pinhole plate is used, higher resolution (both in-plane and in the optical axis direction) can be obtained.

本発明の二光子吸収材料を含む二光子励起蛍光材料は、従来の二光子励起蛍光材料に比較し、大きな二光子吸収断面積を有しているので、低濃度で高い二光子吸収(発光)特性を発揮する。従って、本発明によれば、材料に照射する光の強度を上げる必要がないため、材料の劣化、破壊を抑制することができ、材料中の他成分の特性に対する悪影響も低下させることができる。特に生体へ適用をする場合においては、照射する光の強度を下げることができるため、生体へのダメージを低減することができる。   The two-photon excitation fluorescent material including the two-photon absorption material of the present invention has a large two-photon absorption cross-sectional area as compared with the conventional two-photon excitation fluorescent material. Demonstrate the characteristics. Therefore, according to the present invention, since it is not necessary to increase the intensity of light applied to the material, deterioration and destruction of the material can be suppressed, and adverse effects on the characteristics of other components in the material can be reduced. In particular, when applied to a living body, the intensity of light to be irradiated can be lowered, so that damage to the living body can be reduced.

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、これら実施例によって制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by these examples unless it exceeds the gist.

(実施例1)
以下の合成法に従って、本発明のポリ(トリアリールアミン)誘導体を合成した。
50ml三つ口フラスコに、下記構造のジボロンエステル体0.938g(1.5mmol)、下記構造のジブロモ体0.861g(1.5mmol)、相間移動触媒として、Aliquat336(アルドリッチ社製)12.8mg(0.032mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム10.0mg(0.0087mmol)、トルエン9mlを加え、アルゴンガス置換した後、2M−炭酸ナトリウム水溶液を3.5ml加え、6時間還流したのち、停止反応として、まずフェニルボロン酸80mg(0.66mmol)を加え4時間還流し、次いでブロモベンゼン150mg(0.96mmol)を加え4時間還流した。その後、反応溶液を室温に戻した後、有機層をメタノール/水の混合溶媒中に滴下し再沈殿させることにより粗ポリマーを得た。得られたポリマーをクロロホルム溶液とし、イオン交換水でその洗浄液の導電率がイオン交換水と同等になるまで洗浄を繰り返した。洗浄後、ポリマーをテトラヒドロフラン溶液とし、メタノール中に滴下し再沈殿することによりポリマーを精製した。
このときの収量は0.925g、収率は79%であり、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定したポリスチレン換算の数平均分子量は35000、重量平均分子量は94000であった。
また元素分析値(計算値)は、C:76.244%(76.39%)、H:7.73%(7.56%)、N:1.92%(1.78%)、S:11.95%(12.23%)であった。図8に、赤外吸収スペクトル(NaClキャスト膜)を示す。
このようにして合成した二光子吸収材料(下記式)のテトラハイドロフラン溶液を作製し、後述する二光子吸収断面積(σ’)の測定方法に従って作製した溶液の評価を行なった。測定した二光子吸収スペクトルとσ’の評価結果はそれぞれ図11及び表1に示した。
Example 1
The poly (triarylamine) derivative of the present invention was synthesized according to the following synthesis method.
In a 50 ml three-necked flask, 0.938 g (1.5 mmol) of a diboron ester having the following structure, 0.861 g (1.5 mmol) of a dibromo having the following structure, Aliquat 336 (manufactured by Aldrich) as a phase transfer catalyst 12. 8 mg (0.032 mmol), tetrakistriphenylphosphinepalladium 10.0 mg (0.0087 mmol), and toluene 9 ml were added. After replacing with argon gas, 2 M-sodium carbonate aqueous solution 3.5 ml was added and refluxed for 6 hours. As a reaction, first, 80 mg (0.66 mmol) of phenylboronic acid was added and refluxed for 4 hours, and then 150 mg (0.96 mmol) of bromobenzene was added and refluxed for 4 hours. Thereafter, the reaction solution was returned to room temperature, and then the organic layer was dropped into a mixed solvent of methanol / water and reprecipitated to obtain a crude polymer. The obtained polymer was used as a chloroform solution, and washing with ion-exchanged water was repeated until the conductivity of the washing liquid became equivalent to that of ion-exchanged water. After washing, the polymer was made into a tetrahydrofuran solution, and the polymer was purified by dropwise addition to methanol and reprecipitation.
The yield at this time was 0.925 g, the yield was 79%, the number average molecular weight in terms of polystyrene measured by GPC (gel permeation chromatography) was 35,000, and the weight average molecular weight was 94,000.
Elemental analysis values (calculated values) were C: 76.244% (76.39%), H: 7.73% (7.56%), N: 1.92% (1.78%), S : 11.95% (12.23%). FIG. 8 shows an infrared absorption spectrum (NaCl cast film).
A tetrahydrofuran solution of the two-photon absorption material (the following formula) synthesized in this way was prepared, and the prepared solution was evaluated according to a method for measuring a two-photon absorption cross section (σ 2 ′) described later. The measured two-photon absorption spectrum and σ 2 ′ evaluation results are shown in FIG. 11 and Table 1, respectively.

Figure 0005321941
Figure 0005321941

(実施例2)
以下の合成法に従って、本発明のポリ(トリアリールアミン)誘導体を合成した。
50ml三つ口フラスコに、下記構造のジボロンエステル体0.938g(1.5mmol)、下記構造のジブロモ体1.237g(1.5mmol)、相間移動触媒として、Aliquat336(アルドリッチ社製)12.5mg(0.031mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム10.0mg(0.0087mmol)、トルエン9mlを加え、アルゴンガス置換した後、2M−炭酸ナトリウム水溶液を3.5ml加え、4時間還流したのち、停止反応として、まずフェニルボロン酸80mg(0.66mmol)を加え4時間還流し、次いでブロモベンゼン150mg(0.96mmol)を加え4時間還流した。その後、反応溶液を室温に戻した後、有機層をメタノール/水の混合溶媒中に滴下し再沈殿させることにより粗ポリマーを得た。得られたポリマーをクロロホルム溶液とし、イオン交換水でその洗浄液の導電率がイオン交換水と同等になるまで洗浄を繰り返した。洗浄後、ポリマーをテトラヒドロフラン溶液とし、メタノール中に滴下し再沈殿することによりポリマーを精製した。
このときの収量は1.10g、収率71%であり、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定したポリスチレン換算の数平均分子量は41400、重量平均分子量は116400であった。
また元素分析値(計算値)は、C:76.43%(76.47%)、H:8.46%(8.26%)、N:1.51%(1.35%)、S:12.23%(12.37%)であった。図9に赤外吸収スペクトル(NaClキャスト膜)を示す。
このようにして合成した二光子吸収材料(下記式)のテトラハイドロフラン溶液を作製し、後述する二光子吸収断面積(σ’)の測定方法に従って作製した溶液の評価を行なった。測定した二光子吸収スペクトルとσ’の評価結果はそれぞれ図12及び表1に示した。
(Example 2)
The poly (triarylamine) derivative of the present invention was synthesized according to the following synthesis method.
In a 50 ml three-necked flask, 0.938 g (1.5 mmol) of a diboron ester having the following structure, 1.237 g (1.5 mmol) of a dibromo having the following structure, Aliquat 336 (manufactured by Aldrich) as a phase transfer catalyst. 5 mg (0.031 mmol), 10.0 mg (0.0087 mmol) of tetrakistriphenylphosphine palladium and 9 ml of toluene were added. After replacing with argon gas, 3.5 ml of 2M sodium carbonate aqueous solution was added and refluxed for 4 hours. As a reaction, first, 80 mg (0.66 mmol) of phenylboronic acid was added and refluxed for 4 hours, and then 150 mg (0.96 mmol) of bromobenzene was added and refluxed for 4 hours. Thereafter, the reaction solution was returned to room temperature, and then the organic layer was dropped into a mixed solvent of methanol / water and reprecipitated to obtain a crude polymer. The obtained polymer was used as a chloroform solution, and washing with ion-exchanged water was repeated until the conductivity of the washing liquid became equivalent to that of ion-exchanged water. After washing, the polymer was made into a tetrahydrofuran solution, and the polymer was purified by dropwise addition to methanol and reprecipitation.
The yield at this time was 1.10 g, and the yield was 71%. The number average molecular weight in terms of polystyrene measured by GPC (gel permeation chromatography) was 41400, and the weight average molecular weight was 116400.
Elemental analysis values (calculated values) were C: 76.43% (76.47%), H: 8.46% (8.26%), N: 1.51% (1.35%), S : 12.3% (12.37%). FIG. 9 shows an infrared absorption spectrum (NaCl cast film).
A tetrahydrofuran solution of the two-photon absorption material (the following formula) synthesized in this way was prepared, and the prepared solution was evaluated according to a method for measuring a two-photon absorption cross section (σ 2 ′) described later. The measured two-photon absorption spectrum and the evaluation result of σ 2 ′ are shown in FIG. 12 and Table 1, respectively.

Figure 0005321941
Figure 0005321941

(実施例3)
以下の合成方法に従って、下記式に示すトリアリールアミン誘導体のテトラハイドロフラン溶液を作製した。作製した溶液を後述する二光子吸収断面積の測定方法に従って評価を行ない、その評価結果を表1に示した。
(Example 3)
According to the following synthesis method, a tetrahydrofuran solution of a triarylamine derivative represented by the following formula was prepared. The prepared solution was evaluated according to a method for measuring a two-photon absorption cross-sectional area described later, and the evaluation results are shown in Table 1.

Figure 0005321941
Figure 0005321941

(実施例4)
実施例1の場合と同様に、以下の合成方法に従って、下記式に示すトリアリールアミン誘導体を合成し、そのテトラハイドロフラン溶液(0.0025%濃度)を作製した。作製した溶液を後述する二光子吸収断面積の測定方法に従って評価を行ない、その評価結果を表1に示した。
Example 4
In the same manner as in Example 1, a triarylamine derivative represented by the following formula was synthesized according to the following synthesis method, and a tetrahydrofuran solution (0.0025% concentration) was prepared. The prepared solution was evaluated according to a method for measuring a two-photon absorption cross-sectional area described later, and the evaluation results are shown in Table 1.

Figure 0005321941
Figure 0005321941

(比較例1)
従来材料の例として、以下に示すジアリルエテン誘導体のテトラハイドロフラン溶液を作製し、同様にして二光子吸収断面積を測定した。評価結果を表1に示した。
(Comparative Example 1)
As an example of a conventional material, a tetrahydrofuran solution of the following diallylethene derivative was prepared, and the two-photon absorption cross section was measured in the same manner. The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 0005321941
Figure 0005321941

(比較例2)
大きな二光子吸収断面積を有する材料例として、以下のスチリル誘導体についても同様にして評価を行なった。
(Comparative Example 2)
As examples of materials having a large two-photon absorption cross section, the following styryl derivatives were evaluated in the same manner.

Figure 0005321941
Figure 0005321941

Figure 0005321941
Figure 0005321941

[二光子吸収断面積の評価方法]
測定システム概略図を図10に示す。
測定光源:フェムト秒チタンサファイアレーザ
波長:720〜920nm
パルス幅:100fs
繰り返し周波数:80MHz
測定光パワー:500mW
測定方法:Zスキャン法
キュベット内径:1mm
集光レンズ:f=75mm
集光径:40μm
集光されている光路部分に試料溶液を充填した石英セルを置き、その位置を光路に沿って移動させることによりZ−scan測定を実施した。
透過率を測定し、その結果から理論式(1)により非線形吸収係数を求めた。
T=[ln(1+Iβ)]/Iβ・・・・(1)
(上記式中、Tは透過率(%)、Iは励起光密度[GW/cm]、Lは試料セル長[cm]、βは非線形吸収係数[cm/GW]を示す。)
この非線形吸収係数βから、下記式(2)により二光子吸収断面積σを求めた。
(σの単位は1GM=1×10−50cm・s・photon−1である。)
σ=1000×hνβ/NCβ・・・・(2)
(上記式中、hはプランク定数[J・s]、νは入射レーザ光の振動数[s−1]、Nはアボガドロ数、Cは溶液濃度[mol/L]を示す。)
[Evaluation method of two-photon absorption cross section]
A schematic diagram of the measurement system is shown in FIG.
Measurement light source: femtosecond titanium sapphire laser Wavelength: 720-920 nm
Pulse width: 100 fs
Repetition frequency: 80 MHz
Measurement optical power: 500 mW
Measuring method: Z-scan method Cuvette inner diameter: 1mm
Condenser lens: f = 75 mm
Condensing diameter: 40 μm
A quartz cell filled with the sample solution was placed in the collected optical path portion, and Z-scan measurement was performed by moving the position along the optical path.
The transmittance was measured, and the nonlinear absorption coefficient was determined from the result by the theoretical formula (1).
T = [ln (1 + I 0 L 0 β)] / I 0 L 0 β (1)
(In the above formula, T represents transmittance (%), I 0 represents excitation light density [GW / cm 2 ], L 0 represents sample cell length [cm], and β represents nonlinear absorption coefficient [cm / GW].)
From this nonlinear absorption coefficient β, a two-photon absorption cross-sectional area σ was obtained by the following equation (2).
(The unit of σ is 1GM = 1 × 10 −50 cm 4 · s · photon −1 .)
σ = 1000 × hνβ / N A Cβ ···· (2)
(In the formula, h is Planck's constant [J · s], ν is the frequency of the incident laser light [s -1], N A is Avogadro's number, C is concentration of solution [mol / L].)

<評価結果>
いずれの実施例においても、比較例に示した従来材料と比べ、大きな二光子吸収断面積を有す高効率二光子吸収材料であることがわかった。
<Evaluation results>
In any of the examples, it was found that the material is a high-efficiency two-photon absorption material having a larger two-photon absorption cross-sectional area than the conventional material shown in the comparative example.

本発明の二光子吸収材料を光記録材料として利用する三次元光記録媒体(a)、及びその記録装置(b)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the three-dimensional optical recording medium (a) using the two-photon absorption material of this invention as an optical recording material, and its recording device (b). 本発明の二光子吸収材料を用いて光造形を行なう場合の光造形装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the optical modeling apparatus in the case of performing optical modeling using the two-photon absorption material of this invention. 光造形装置により作製される造形物の一例としての光導波路を示す図である。It is a figure which shows the optical waveguide as an example of the molded article produced with an optical modeling apparatus. 本発明の二光子吸収材料を、二光子励起し得る波長の制御光により二光子励起させることによって、一光子励起し得る波長の信号光を光スイッチングする光制御素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light control element which optically switches the signal light of the wavelength which can carry out one-photon excitation by carrying out the two-photon excitation of the two-photon absorption material of this invention with the control light of the wavelength which can carry out two-photon excitation. 本発明の二光子吸収材料を、信号光と制御光により二光子励起させる全光スイッチングする光制御素子の動作例を示す図である。It is a figure which shows the operation example of the light control element which carries out the all-optical switching which excites the two-photon absorption material of this invention by signal light and control light. 本発明の二光子吸収材料を、二光子励起し得る波長の制御光により二光子励起させることによって、出力光の光路を光スイッチングする光制御素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the light control element which optically switches the optical path of output light by carrying out the two-photon excitation of the two-photon absorption material of this invention with the control light of the wavelength which can carry out a two-photon excitation. 二光子励起蛍光顕微鏡の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a two-photon excitation fluorescence microscope. 実施例1の赤外吸収スペクトル(NaClキャスト膜)を示す図である。It is a figure which shows the infrared absorption spectrum (NaCl cast film | membrane) of Example 1. FIG. 実施例2の赤外吸収スペクトル(NaClキャスト膜)を示す図である。It is a figure which shows the infrared absorption spectrum (NaCl cast film) of Example 2. 本発明で用いられる測定システムの概略図である。It is the schematic of the measurement system used by this invention. 実施例1の二光子吸収スペクトルを示す図である。2 is a diagram showing a two-photon absorption spectrum of Example 1. FIG. 実施例2の二光子吸収スペクトルを示す図である。6 is a diagram showing a two-photon absorption spectrum of Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

(図1について)
11a 基板(支持体)
11b 光源
12a 基板(支持体)
12b 光源
13a 記録層
13b 検出器
14a 中間層(保護層)
14b ピンホール
15a 光
(図2について)
21 光源
22 可動形式のミラー
23 集光レンズ
24 二光子吸収材料
25 可動ステージ
(図4について)
41 制御光
42 信号光
43 集光装置
44 光学フィルター
45 コリメート装置
46 カラーフィルター
47 検出器
(図7について)
71 光源
72 ダイクロイックミラー
73 集光装置
74 試料
75 ステージ
76 光検出器
(About Figure 1)
11a Substrate (support)
11b Light source 12a Substrate (support)
12b Light source 13a Recording layer 13b Detector 14a Intermediate layer (protective layer)
14b Pinhole 15a Light (About Figure 2)
21 Light source 22 Movable mirror 23 Condensing lens 24 Two-photon absorbing material 25 Movable stage (about FIG. 4)
41 control light 42 signal light 43 condensing device 44 optical filter 45 collimating device 46 color filter 47 detector (about FIG. 7)
71 Light source 72 Dichroic mirror 73 Condensing device 74 Sample 75 Stage 76 Photodetector

Claims (15)

下記一般式(I)で表わされる繰り返し単位を有することを特徴とする二光子吸収ポリマー。
Figure 0005321941
(式中、ArおよびArは、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基の2価基であり、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表わす。R、RおよびR は、アルキル基を表わし、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、nは1以上の整数を表わす。)
A two-photon absorption polymer comprising a repeating unit represented by the following general formula (I):
Figure 0005321941
(In the formula, Ar 2 and Ar 3 are a divalent group of a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group. R 1 , R 2 and R 3 represents an alkyl group, x, y and z each represents an integer of 0 to 2, which may be the same or different, and n represents an integer of 1 or more.)
請求項1に記載の二光子吸収ポリマーが、特に下記一般式(II)で表わされることを特徴とする二光子吸収ポリマー。
Figure 0005321941
(式中、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基の2価基であり、R、R、R は、アルキル基を表わし、およびRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、または置換もしくは無置換のアルキルチオ基から選択された基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、uおよびvは、それぞれ0から4までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、nは1以上の整数を表わす。)
The two-photon absorption polymer according to claim 1 is represented by the following general formula (II).
Figure 0005321941
(In the formula, Ar 1 is a divalent group of a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, R 1 , R 2 , and R 3 represent an alkyl group, and R 4 and R 5 are each independently, Represents a group selected from a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or a substituted or unsubstituted alkylthio group, and may be the same or different, and each of x, y, and z is 0 to 2 And may be the same or different, and u and v each represent an integer of 0 to 4, may be the same or different, and n represents an integer of 1 or more.)
請求項2に記載の二光子吸収ポリマーが、特に下記一般式(III)で表わされることを特徴とする二光子吸収ポリマー。
Figure 0005321941
(式中、R、R、R は、アルキル基を表わし、、RおよびRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、または置換もしくは無置換のアルキルチオ基から選択された基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、uおよびvは、それぞれ0から4までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、wは0から5までの整数を表わし、nは1以上の整数を表わす。)
The two-photon absorption polymer according to claim 2, wherein the two-photon absorption polymer is represented by the following general formula (III).
Figure 0005321941
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent an alkyl group, and R 4 , R 5 and R 6 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or Represents a group selected from substituted or unsubstituted alkylthio groups, which may be the same or different; x, y and z each represent an integer of 0 to 2, and may be the same or different; u and v are And each represents an integer of 0 to 4, which may be the same or different, w represents an integer of 0 to 5, and n represents an integer of 1 or more.)
下記一般式(IV)で表わされることを特徴とする二光子吸収材料。
Figure 0005321941
(式中、ArおよびArは、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基の2価基であり、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表わす。R、RおよびR、アルキル基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、nは1以上の整数を表わす。)
A two-photon absorption material represented by the following general formula (IV):
Figure 0005321941
(In the formula, Ar 2 and Ar 3 are a divalent group of a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and Ar 1 represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group. R 1 , R 2 and R 3 represents an alkyl group, which may be the same or different, and x, y and z each represents an integer of 0 to 2, and may be the same or different, and n represents an integer of 1 or more.)
請求項4に記載の二光子吸収材料が、特に下記一般式(V)で表わされることを特徴とする二光子吸収材料。
Figure 0005321941
(式中、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基の2価基であり、R、R、R は、アルキル基を表わし、およびRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、または置換もしくは無置換のアルキルチオ基から選択された基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、uおよびvは、それぞれ0から4までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、nは1以上の整数を表わす。)
The two-photon absorbing material according to claim 4 is represented by the following general formula (V).
Figure 0005321941
(In the formula, Ar 1 is a divalent group of a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, R 1 , R 2 , and R 3 represent an alkyl group, and R 4 and R 5 are each independently, Represents a group selected from a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or a substituted or unsubstituted alkylthio group, and may be the same or different, and each of x, y, and z is 0 to 2 And may be the same or different, and u and v each represent an integer of 0 to 4, may be the same or different, and n represents an integer of 1 or more.)
請求項5に記載の二光子吸収材料が、特に下記一般式(VI)で表わされることを特徴とする二光子吸収材料。
Figure 0005321941
(式中、R、R、R は、アルキル基を表わし、、RおよびRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、または置換もしくは無置換のアルキルチオ基から選択された基を表わし、同一でも別異でもよく、x、yおよびzは、それぞれ0から2までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、uおよびvは、それぞれ0から4までの整数を表わし、同一でも別異でもよく、wは0から5までの整数を表わし、nは1以上の整数を表わす。)
The two-photon absorption material according to claim 5 is represented by the following general formula (VI).
Figure 0005321941
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 represent an alkyl group, and R 4 , R 5 and R 6 each independently represents a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, or Represents a group selected from substituted or unsubstituted alkylthio groups, which may be the same or different; x, y and z each represent an integer of 0 to 2, and may be the same or different; u and v are And each represents an integer of 0 to 4, which may be the same or different, w represents an integer of 0 to 5, and n represents an integer of 1 or more.)
請求項1乃至6のいずれかに記載の二光子吸収材料を含むことを特徴とする光記録材料。 An optical recording material comprising the two-photon absorption material according to claim 1. 請求項1乃至6のいずれかに記載の二光子吸収材料を含むことを特徴とする光造形材料。 An optical modeling material comprising the two-photon absorption material according to claim 1. 請求項1乃至6のいずれかに記載の二光子吸収材料を含むことを特徴とする光制限材料。 An optical limiting material comprising the two-photon absorption material according to claim 1. 請求項1乃至6のいずれかに記載の二光子吸収材料を含むことを特徴とする二光子励起蛍光材料。 A two-photon excitation fluorescent material comprising the two-photon absorption material according to claim 1. 平面上に形成され、該平面に対し水平、及び垂直方向に記録再生が可能な三次元光記録媒体において、請求項1乃至6のいずれかに記載の二光子吸収材料が、光記録が行なわれる記録層の少なくとも一部として含まれていることを特徴とする三次元光記録媒体。 7. A three-dimensional optical recording medium formed on a plane and capable of recording and reproducing in a horizontal and vertical direction with respect to the plane, the two-photon absorbing material according to claim 1 performs optical recording. A three-dimensional optical recording medium comprising at least a part of a recording layer. 光硬化性樹脂に光を照射して造形を行なう光造形装置において、請求項1乃至6のいずれかに記載の二光子吸収材料が、前記光硬化性樹脂の少なくとも一部として含まれていることを特徴とする光造形装置。 The optical modeling apparatus which models by irradiating light to photocurable resin, The two-photon absorption material in any one of Claims 1 thru | or 6 is contained as at least one part of the said photocurable resin. Stereolithography apparatus characterized by 透過光強度を制限する素子を備えた光制限装置において、請求項1乃至6のいずれかに記載の二光子吸収材料が、前記素子の少なくとも一部として含まれていることを特徴とする光制限装置。 A light limiting device comprising an element for limiting transmitted light intensity, wherein the two-photon absorption material according to any one of claims 1 to 6 is included as at least a part of the element. apparatus. 光の進路を制限する素子を備えた光制限装置において、請求項1乃至6のいずれかに記載の二光子吸収材料が、前記素子の少なくとも一部として含まれていることを特徴とする光制限装置。 An optical limiting device comprising an element for limiting the path of light, wherein the two-photon absorption material according to any one of claims 1 to 6 is included as at least a part of the optical element. apparatus. 試料中の被分析物に請求項1乃至6のいずれかに記載の二光子吸収材料を選択的に担持させ、前記二光子吸収材料を検出することによって、被分析物を検出することを特徴とする二光子励起蛍光検出装置。 An analyte in a sample is detected by selectively supporting the two-photon absorbing material according to any one of claims 1 to 6 and detecting the two-photon absorbing material. Two-photon excitation fluorescence detection device.
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