(57)【要約】【課題】目的とする温度を検知して蛍光を発する蛍光性温度プローブおよび共存物質存在下や界面においても高感度センシングが可能な蛍光性温度プローブを提供する。【解決手段】温度応答性を有する蛍光性温度プローブであって、該蛍光性温度プローブは２つ以上のセグメント鎖から構成されるブロックポリマーあるいはグラフトポリマーである。好ましくは、上記ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、１つ以上のセグメント鎖中に下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光性を有する蛍光部位の両方を含有する。蛍光性温度プローブと検出手段を含み構成される温度センサーであって、該蛍光性温度プローブは２つ以上のセグメント鎖から構成されるブロックポリマーあるいはグラフトポリマーである。【選択図】図１
2006162512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感熱部位と蛍光部位を含む温度応答性を有する蛍光性温度プローブであって、該蛍光性温度プローブは２つ以上のセグメント鎖から構成されるブロックポリマーあるいはグラフトポリマーであることを特徴とする蛍光性温度プローブ。
【請求項２】
上記ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、１つ以上のセグメント鎖中に下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含有することを特徴とする請求項１に記載の蛍光性温度プローブ。
【請求項３】
上記ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、１つのセグメント鎖中に下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含有することを特徴とする請求項１に記載の蛍光性温度プローブ。
【請求項４】
上記ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、２つ以上のセグメント鎖中に下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含有することを特徴とする請求項１に記載の蛍光性温度プローブ。
【請求項５】
上記ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、異なる温度応答性を有するセグメント鎖を２つ以上含有することを特徴とする請求項４に記載の蛍光性温度プローブ。
【請求項６】
上記蛍光部位は、上記感熱部位の下限臨界共溶温度を境界とする極性変化にともなって可逆的に蛍光強度を変化させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の蛍光性温度プローブ。
【請求項７】
温度応答性を有する蛍光性温度プローブの製造方法であって、下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含むセグメント鎖を合成する工程と、該セグメント鎖と該セグメント鎖とは異なる構造のセグメント鎖とを化学的に結合させる工程を含むことを特徴とする蛍光性温度プローブの製造方法。
【請求項８】
蛍光性温度プローブと蛍光の検出手段を含み構成される温度センサーであって、該蛍光性温度プローブは２つ以上のセグメント鎖から構成されるブロックポリマーあるいはグラフトポリマーであることを特徴とし、該ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、１つ以上のセグメント鎖中に下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含有することを特徴とする温度センサー。
【請求項９】
上記温度センサーは、異なる温度応答性を有する蛍光性温度プローブを複数配置した構成であることを特徴とする温度センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刺激応答性ポリマーの相転移現象に基づく蛍光性温度プローブ及びそれらの製造方法に関する。詳しくは、所定温度において可逆的な蛍光強度変化を示す蛍光性温度プローブ及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノテクノロジーやバイオテクノロジーは、新産業を創出するための革新的な基盤技術としてその開発に世界的な関心が寄せられている。このような背景のもと、ミクロン以下の微小空間や界面における微量分子の定量分析法、温度、圧力、湿度といった環境因子の分析法の必要性がますます高まっている。
【０００３】
蛍光法は、分子サイズオーダーの空間分解能を有し、一分子に対しても検出可能なほど高感度であることから、ナノスケールの空間情報を探索する上で有力な手法の一つとして注目されている。現在までに多くの蛍光試薬が開発され、さまざまな化合物またはイオンの高感度かつ高選択的な検出が可能となっている。しかし、温度をはじめとする環境因子を検出する蛍光試薬に関してはほとんど報告例がなく、さらにこれらの蛍光試薬は環境変化に対する応答性が極めて緩慢であるため実用に適さないという問題を有している。
【０００４】
この問題に対し、Ｎ−置換アクリルアミド系モノマー（感熱部位）とベンゾフラン誘導体含有モノマー（蛍光部位）から構成されるランダムコポリマーを合成し、このコポリマーを利用して水溶液中における温度センシングを行う方法が提案されている（非特許文献１）。これは、コポリマー中の感熱部位が温度上昇によってコポリマー全体の極性の相転移を導き、さらにその相転移を蛍光部位が認識して発色するという二段階の仕組みで温度センシングを行う蛍光性温度プローブである。
【非特許文献１】Ａｎａｌ．  Ｃｈｅｍ．，  ２００３，  ７５，  ５９２６−５９３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記蛍光性温度プローブは、温度上昇によって分子全体が疎水化される傾向にあるため、水溶液中にて高温あるいは高濃度で使用する場合には、蛍光性温度プローブ同士がランダムに凝集沈殿するという問題があった。さらに、温度センシングする容器内に疎水性面を露出した物質（気／液界面を含む）が混在する場合、蛍光性温度プローブが疎水性面に選択的に吸着してしまうためにセンシング機能が低下するという問題があった。
【０００６】
このような状況のもと、温度変化に対する高いセンシング特性を有し、かつ共存物質に対する非特異的吸着を生じない蛍光性温度プローブが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、温度変化に対して高いセンシング特性を有し、かつ共存物質による非特異的吸着を生じない蛍光性温度プローブの形態を見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち本発明は、感熱部位と蛍光部位を含む温度応答性を有する蛍光性温度プローブであって、該蛍光性温度プローブは２つ以上のセグメント鎖から構成されるブロックポリマーあるいはグラフトポリマーであることを特徴とする蛍光性温度プローブである。
【０００９】
さらに、本発明は、上記ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、１つ以上のセグメント鎖中に下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含有することを特徴とする。
【００１０】
本発明は特に、上記ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、１つのセグメント鎖中に下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含有することを特徴とする。
【００１１】
本発明はまた、上記ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、２つ以上のセグメント鎖中に下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含有することを特徴とする。特に、上記ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、異なる温度応答性を有するセグメントを２つ以上含有することが好ましい。
【００１２】
本発明はまた、上記蛍光部位が、上記感熱部位の下限臨界共溶温度を境界とする極性変化にともなって可逆的に蛍光強度を変化させることを特徴とする温度応答性を有する蛍光性温度プローブである。
【００１３】
また、本発明は、下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含むセグメント鎖を合成する工程と、該セグメントと該セグメント鎖とは異なる構造のセグメント鎖を化学的に結合させる工程を含むことを特徴とする蛍光性温度プローブの製造方法である。
【００１４】
また、本発明は、２つ以上のセグメント鎖から構成されるブロックポリマーあるいはグラフトポリマーであることを特徴とする蛍光性温度プローブと検出手段を含み構成される温度センサーにおいて、該ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーのうち、１つ以上のセグメント鎖中に下限臨界共溶温度を有する感熱部位と蛍光部位の両方を含有することを特徴とする温度センサーである。さらに、上記温度センサーは、異なる温度応答性を有する蛍光性温度プローブを複数配置した構成であることを特徴とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、目的とする温度を検知して蛍光を発する蛍光性温度プローブを提供することができる。さらに、蛍光性温度プローブの機能を阻害する外的因子（自己凝集、疎水性物質、界面の存在など）から感熱部位を保護することによって、共存物質存在下や界面においても高感度で温度センシングを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る蛍光性温度プローブおよびその製造方法、温度センシングの実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［１］蛍光性温度プローブの説明
本発明の蛍光性温度プローブは、少なくとも２種類以上のセグメント鎖から形成されることを特徴とするブロックポリマーまたはグラフトポリマーである。ここでいうブロックポリマーまたはグラフトポリマーは、スターポリマーやハイパーブランチドポリマーを含有する広い意味で用いられる。
【００１８】
図１は、本発明の蛍光性温度プローブとして使用するブロックポリマーの例である。ブロックポリマーとしては、（Ａ）と（Ｄ）に示すような２つのセグメントから構成されるジブロックポリマー、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｆ）に示すような３つのセグメントから構成されるトリブロックポリマー、及び３つ以上のセグメントから形成されるブロックポリマーでもよい。図１において、点線はセグメント間の境界を示している。
【００１９】
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、ブロックポリマー中に１種類の温度応答性セグメントを含有する本発明の蛍光性温度プローブである。（Ａ）は温度応答性セグメント１（１１）と親水性セグメント（１２）より構成されるジブロックポリマーである。（Ｂ）は温度応答性セグメント１（１１）の両末端に親水性セグメント（１２）が結合しているトリブロックポリマーである。（Ｃ）は親水性セグメント（１２）の両末端に温度応答性セグメント１（１１）が結合しているトリブロックポリマーである。本発明には（Ａ）〜（Ｃ）のどの形態も良好に適応可能である。
【００２０】
本発明における蛍光性温度プローブは、温度応答性の異なる複数の温度応答性セグメントを含有するブロックポリマーであってもよい。例えば、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は、異なる２種類の温度応答性セグメントを含有する蛍光性温度プローブである。（Ｄ）は温度応答性セグメント１（１１）と温度応答性セグメント１（１１）とは異なる温度依存性を有する温度応答性セグメント２（１３）が結合しているジブロックポリマーである。（Ｅ）は温度応答性セグメント２（１３）の両末端のそれぞれに温度応答性セグメント２（１３）とは異なる温度応答性を有する温度応答性セグメント１（１１）と親水性セグメント（１２）が結合しているトリブロックポリマーである。（Ｆ）は親水性セグメント（１２）の両末端に温度応答性セグメント１（１１）と温度応答性セグメント１（１１）とは異なる温度応答性を有する温度応答性セグメント２（１３）が結合しているトリブロックポリマーである。本発明には（Ｄ）〜（Ｆ）のどの形態も良好に適応可能である。温度応答性セグメント１（１１）と温度応答性セグメント２（１３）における蛍光を発する部位の構造は同じでも異なっていてもよい。
【００２１】
図２は、蛍光性温度プローブとして使用するグラフトポリマーの例である。グラフトポリマーは、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すような２種類のセグメントから構成されるもの、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に示すような３種類のセグメントから構成されるもの、及びそれ以上の種類のセグメントから構成されるものでも使用可能である。
【００２２】
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、グラフトポリマー中に１種類の温度応答性セグメントを含有する蛍光性温度プローブである。（Ａ）は主鎖に親水性セグメント（１２）、側鎖に温度応答性セグメント１（１１）を含有するグラフトポリマーである。（Ｂ）は主鎖に親水性セグメント（１２）、側鎖に温度応答性セグメント１（１１）と親水性セグメント（１２）を含有するグラフトポリマーである。（Ｃ）は主鎖に温度応答性セグメント（１１）、側鎖に親水性セグメント（１２）を含有するグラフトポリマーである。本発明には（Ａ）〜（Ｃ）のどの形態も良好に適応可能である。
【００２３】
本発明における蛍光性温度プローブは、温度応答性の異なる複数の温度応答性セグメントを含有するグラフトポリマーであってもよい。例えば、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）は、異なる２種類の温度応答性セグメントを含有する蛍光性温度プローブである。（Ｄ）は主鎖に親水性セグメント（１２）、側鎖に温度応答性セグメント１（１１）と温度応答性セグメント１（１１）とは異なる温度応答性を有する温度応答性セグメント２（１３）を含有するグラフトポリマーである。（Ｅ）は主鎖に温度応答性セグメント１（１１）、側鎖に親水性セグメント（１２）と温度応答性セグメント１（１１）とは異なる温度応答性を有する温度応答性セグメント２（１３）を含有する蛍光性温度プローブである。（Ｆ）は主鎖に温度応答性セグメント１（１１）、側鎖に温度応答性セグメント１（１１）とは異なる温度応答性を有する温度応答性セグメント２（１３）を含有するグラフトポリマーである。本発明には、（Ｄ）〜（Ｆ）のどの形態も良好に適応可能である。温度応答性セグメント１（１１）と温度応答性セグメント２（１３）における蛍光を発する部位の構造は同じでも異なっていてもよい。
【００２４】
温度応答性セグメントは感熱部位と蛍光部位が任意の割合で含有されている。温度応答性セグメント中での感熱部位と蛍光部位の配列はその結合順序に統計的関係がない配列（ランダム配列という）であることが望ましい（以下このような配列のポリマーをランダムポリマーと表現する）が、それに限定されるわけではない。
【００２５】
感熱部位１（１４）と感熱部位２（１６）は、異なる温度応答性を有している。本発明における感熱部位は、水溶液中で下限臨界共溶温度を示す物質であることを特徴とする。臨界共溶温度とはある物質の溶解度が低下しはじめる温度をいい、特定温度以上で溶解性が低下する場合を下限臨界共溶温度という。感熱部位として特にＮ置換アクリルアミド誘導体の重合体であるｐｏｌｙ（Ｎ置換アクリルアミド）を用いることが感度の点で好ましいが、それ以外の物質であっても同様の効果が期待できる範囲において適用可能である。
【００２６】
蛍光部位（１５）は、極性変化に応じて蛍光を発する機能を有する蛍光団であることを特徴とする。中でもベンゾフラン誘導体は、長波長の光を吸収して蛍光を発することから、センシングの際に共存物質の影響を受けにくいという特徴を有するため蛍光性温度プローブの蛍光部位として好ましい。ただし、本発明の蛍光部位に用いられる蛍光団はこれらに限定されるわけではない。
【００２７】
本発明における蛍光性温度プローブが、温度変化に応じて可逆的に発光する機構を説明する。本発明に用いられる発光部位は、周囲に水分子が存在しない状態では強い蛍光を発する。一方で、水分子が周囲に存在する場合には、水が消光剤として働き蛍光発光が妨げられる。例えば、ｐｏｌｙ（Ｎ置換アクリルアミド）を感熱部位とした場合、下限臨界共溶温度以上では温度応答性セグメント近傍の水分子数が急激に減少する。この下限臨界共溶温度前後における水分子数の変化を蛍光部位が感知することによって蛍光強度が可逆的に変化する。
【００２８】
親水性セグメント（１２）を含有する蛍光性温度プローブは、それを含有しない蛍光性温度プローブと比較して温度センシングを実施する媒体中における溶解特性が向上するため、センシング感度や分散安定性が向上するという利点を有し、異なる複数の温度応答性セグメントを含有する蛍光性温度プローブは、複数の温度領域をセンシングできるという利点を有する。
【００２９】
図３は、本発明の蛍光性温度プローブをフリーな状態で使用した場合の形態の変化を説明する図である。この場合、図１（Ａ）に示した温度応答性セグメント１（１１）と親水性セグメント（１２）から構成される蛍光性温度プローブを例にとって示している。下限臨界共溶温度以上では相転移により温度応答性セグメント（１１）の溶解性が減少する。これによって蛍光部位（１５）近傍の水分子が排除される結果、蛍光性温度プローブが蛍光を発する。下限臨界共溶温度以上において、蛍光性温度プローブは親水性セグメント（１２）を分散安定剤としたユニマーミセル（３１）、あるいは複数の蛍光性温度プローブが会合したポリマーミセル（３２）を形成するため、巨大凝集塊を形成することはない。親水性セグメント（１２）として、ポリアクリルアミド誘導体やポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）など親水性の高い物質を使用することが好ましい。ただし、それらに限定されるわけではない。
【００３０】
図４は、蛍光性温度プローブを固体表面上に結合した状態で使用した場合の蛍光性温度プローブの形態の変化を説明する図である。この場合、図１（Ａ）に示した温度応答性セグメント１（１１）と親水性セグメント（１２）から構成される蛍光性温度プローブを例にとって示しており、温度応答性セグメント１（１１）の片末端が固体表面（４２）に結合している。下限臨界共溶温度以上では相転移により温度応答性セグメント（１１）の溶解性が減少する（４１）。これによって蛍光部位（１５）近傍の水分子が排除される結果、蛍光性温度プローブが蛍光を発する。ここで、温度応答性セグメント１（１１）には親水性セグメントが結合していることから、蛍光性温度プローブ／水溶液界面（４３）の表面特性は変化しない。ここで、親水性セグメント（１２）としてポリアクリルアミド誘導体やＰＥＯなど親水性の高い物質を使用することが好ましいが、それらに限定されるわけではない。また、使用する固体表面（４２）は蛍光性温度プローブが結合可能な材質であればどのような形態のものでもよい。蛍光性温度プローブと固体表面（４２）の結合様式は、結合強度の観点から共有結合であることが望ましいが、それ以外の結合様式（イオン結合・配位結合・水素結合・疎水性結合・バイオアフィニティーなど）であっても同様の効果が期待できる範囲においてこれらに限定されるわけではない。
【００３１】
［２］蛍光性温度プローブの製造方法
本発明の蛍光性温度プローブは、ブロックポリマーあるいはグラフトポリマーであることを特徴とする。これらは広義には、スターポリマーやハイパーブランチドポリマーをはじめとするその他の分岐ポリマーを含有する。
【００３２】
本発明の蛍光性温度プローブに適用されるブロックポリマー及びグラフトポリマーは種々の重合法で合成できる。最も一般的に用いられる方法はリビング重合法である。リビング重合法として、リビングアニオン重合やリビングカチオン重合、リビングラジカル重合などを用いることができる。これらの重合法は、ブロックポリマーの分子量やセグメント長の比を精密に制御することができ、分子量分布の狭いブロックポリマーを合成することができるため蛍光性温度プローブの合成方法として好ましい。しかし、本発明に用いるブロックポリマーの製法は、上記重合法に限定される訳ではなく、モノマー間における共重合性の違いを利用したラジカル共重合法、逐次重合法、テレケリックポリマーなどのマクロマー同士の反応やリアクティブプロセッシング法などｉｎ  ｓｉｔｕでブロックポリマーを合成する方法等も、同様の効果が期待できる範囲において適用可能である。
【００３３】
以下ではリビングラジカル重合法による蛍光性温度プローブの製造方法について説明する。リビングラジカル重合法には、原子移動ラジカル重合法やニトロキシド媒介重合法、グラフト法、光イニファーター重合法があるが、ここでは特に原子移動ラジカル重合法について説明する。ただし、蛍光性温度プローブの製造方法は、原子移動ラジカル重合法に限定されるわけではなく、前述したいずれの重合法においても製造可能である。
【００３４】
図１（Ａ）に示すブロックポリマーを合成する場合、反応溶媒中に原子移動ラジカル重合開式と重合して感熱部位（１４）を形成するモノマー、蛍光部位（１５）を形成するモノマー、触媒、リガンドを添加した後、反応系を不活性ガスで置換する。その後、反応系を加熱することによって、温度応答性セグメント（１１）が形成する。次に、反応溶媒中に製造した温度応答性セグメント（１１）と重合して親水性セグメント（１２）を形成するモノマー、触媒、リガンドを添加した後、反応系を不活性ガスで置換する。その後、反応系を過熱することによって、蛍光性温度プローブ（図１（Ａ））が形成する。
【００３５】
図１（Ｂ）から図１（Ｆ）、図２に例示する蛍光性温度プローブもほぼ同様の手順で合成可能である。
【００３６】
［３］蛍光性温度プローブを利用した温度センサー
図５は蛍光性温度プローブを利用した温度センサーの構成例を示す概略図である。この温度センサーは、１種類以上の蛍光性温度プローブと検出手段を含み構成される。図５は、光源（５１）、検出器（５２）、スリット（５３）、ハーフミラー（５４）、レンズ（５５）から成る構成を示しているが、本発明の温度センサーはこれに限定されるものではない。この検出系では以下のようなプロセスで蛍光発光を検知する。光源（５１）から入射した励起光はハーフミラー（５４）に反射されレンズによって試料上に集光される。試料より生じた蛍光は、ハーフミラー（５４）を通過してスリットを通り検出器に到達する。検出器手前で励起光を除去する手段（不図示）を設けておけば、微弱な光の検出も可能となる。
【００３７】
図５中に図示した複数のドメイン（５６）は、それぞれセンシング温度の異なる蛍光性温度プローブから形成されるドメインである。図５の各ドメインはそれぞれ異なるセンシング温度を有している。それぞれのドメイン中における蛍光物質は同じであっても異なっていてもかまわない。また、ドメインを形成する蛍光性温度プローブは固体表面上に図４と同様の形態で結合している。図５におけるドメインはサークル状であるが、ライン状あるいはその他の形態であっても同様の効果が期待できる範囲において適応可能である。また、固体表面に配置される蛍光性温度プローブのドメインサイズ及び個数には特に制限はなく、任意に変更することが可能である。
【００３８】
図５を利用した温度センシングについて説明する。試料の温度が所定以上に上昇した場合、該当温度以下の下限臨界共溶温度を示す感熱部位を構成単位とする蛍光性温度プローブから形成されるドメインが蛍光を発するようになる。したがって、強い蛍光を発するドメインの個数を観察することによって試料の温度をセンシングすることが可能となる。
【００３９】
以下、実施例を挙げてさらに詳細に本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４０】
本実施例は、感熱部位と発光部位より構成される温度応答性セグメントと親水性セグメントより構成されるジブロックポリマーより成る蛍光生温度プローブを合成し、その温度センシング特性を評価した例である。
【００４１】
［１−１］セグメント１の合成
セグメント１は、ポリＮ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＭ）と４−Ｎ−（２アクリロイルオキシエチル）−Ｎ−メチルアミノ−７−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノスルホニル−２，１，３−ベンゾキサジアゾ‐ル（ＤＢＤＡＥ）のランダムポリマー（ｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ））である。
【００４２】
反応用シュレンク管にＮＩＰＡＭとＤＢＤＡＥ、ＣｕＣｌ、ｂｅｎｚｈｙｄｒｙｌ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ、ｔｒｉｓ［２−（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｅｔｈｙｌ］ａｍｉｎｅ（Ｍｅ６ＴＲＥＮ）、トルエンを加えて反応溶液とした。凍結真空脱気によりシュレンク管内の酸素を除去した後、室温にて原子移動ラジカル重合（ＡＴＲＰ）を進行させることでｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）を合成した。ＧＰＣにより得られたランダムポリマーを評価したところ、数平均分子量（Ｍｎ）：９２００、分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）：１．３６であることが確認された。
【００４３】
［１−２］ジブロックポリマーの合成
上記ｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）とＰＥＯのジブロックポリマーを以下の手順で合成した。
【００４４】
反応用シュレンク管にブロモ化末端を有するＰＥＯ（Ｍｎ：５０００，  Ｍｗ／Ｍｎ：１．１）、ＮＩＰＡＭ、ＤＢＤＡＥ、ＣｕＣｌ、Ｍｅ６ＴＲＥＮ、アニソールを加え反応溶液とした。凍結真空脱気によりシュレンク管内の酸素を除去した後、室温にてＡＴＲＰを進行させることでｐｏｌｙ［（ＥＯ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）］を合成した。ＧＰＣにより得られジブロックポリマーを評価したところ、Ｍｎ：１２６００、Ｍｗ／Ｍｎ：１．２９であることが確認された。
【００４５】
［１−３］温度センシング特性の評価
蛍光特性の評価は分光蛍光光度計を使用して行った。ｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）とｐｏｌｙ［（ＥＯ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）］を蛍光測定用セルにそれぞれ入れ、さらにサンプル濃度が０．０１ｗｔ％となるように０．１Ｍ  Ｎａ２ＣＯ３−ＮａＨＣＯ３水溶液を加えた。測定用セルを２０℃から昇温し、１℃ごとに５分間静置しながら５０℃まで励起波長４４４ｎｍにおける極大蛍光波長（５２０ｎｍ付近）を観察した。ｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）とｐｏｌｙ［（ＥＯ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）］の何れにおいても３２℃付近で蛍光強度が急激に増加することが確認された。さらに、測定用セルを降温すると蛍光強度が減少し再度昇温ことによって再び蛍光強度の増大が観察された。この蛍光強度変化の可逆性・再現性は非常に優れていた。
【００４６】
同様の蛍光測定をサンプル濃度０．１ｗｔ％で行ったところ、ｐｏｌｙ［（ＥＯ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）］と比較してｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）の蛍光強度増加率が小さくなった。それぞれのサンプルを目視により確認したところ、ｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）は４０℃において析出沈殿するのに対し、ｐｏｌｙ［（ＥＯ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）］は４０℃においても水溶液中に均一に溶解することが観察された。この結果から、本発明における蛍光性温度プローブは、「従来技術」における蛍光性温度素子と比較して高温領域での安定性及びセンシング感度に優れていることがわかった。
【実施例２】
【００４７】
本実施例は、感熱部位と発光部位より構成される温度応答性セグメントの主鎖とそれに結合したポリアクリルアミドの側鎖から構成されるグラフトポリマーより成る蛍光性温度プローブを合成し、その温度センシング特性を評価した例である。
【００４８】
［２−１］主鎖の合成
反応用シュレンク管にＮＩＰＡＭ、ＤＢＤＡＥ、４−ビニルベンジルクロライド（ＶＢＣ）、トルエンを加えて反応溶液とした。シュレンク管内を窒素置換し、ＡＩＢＮを開始剤として溶液重合を進行させることでｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ−ｒ−ＶＢＣ）を合成した。次に、ｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ−ｒ−ＶＢＣ）由来のクロロメチル基とＮ，Ｎ−ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウムを蒸留水中で反応させることで光イニファーター基を有するｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ−ｒ−ＤＣ）を合成した。
【００４９】
［２−２］グラフトポリマーの合成
反応用シュレンク管にｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ−ｒ−ＤＣ）とアクリルアミド（ＡＡｍ）、蒸留水を加えて反応溶液とした。シュレンク管内を窒素置換し、室温にて光イニファーター重合を進行させることでｐｏｌｙ［（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｇｒａｆｔ−ＡＡｍ］を合成した。ＧＰＣによりグラフトポリマーを評価したところ、Ｍｎ：１８２００、Ｍｗ／Ｍｎ：３．７２であることが確認された。ここで、ＵＶランプとして波長３１２ｎｍから５７７ｎｍのものを用いた。
【００５０】
［２−３］温度センシング特性の評価
蛍光特性の評価は実施例１［１−３］と同様の手法を用いて行った。ｐｏｌｙ［（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｇｒａｆｔ−ＡＡｍ］についてサンプル濃度０．０１ｗｔ％と０．１ｗｔ％にて蛍光測定を行ったところ、何れの濃度においても３２℃付近で蛍光強度が急激に増加することが確認された。さらに、測定用セルを降温すると蛍光強度が減少し再度昇温ことによって再び蛍光強度の増大が観察された。この蛍光強度変化の可逆性、再現性は非常に優れていた。
【実施例３】
【００５１】
本実施例は、２つの異なる温度応答性セグメントと親水性部位より構成されるトリブロックポリマーより成る蛍光生温度プローブを合成し、その温度センシング特性を評価した例である。
【００５２】
［３−１］トリブロックポリマーの合成
反応用シュレンク管にＮ−イソプロピルメタクリルアミド（ＮＩＰＭＡＭ）、ＤＢＤＡＥ、ブロモ化末端を有するＰＥＯ（Ｍｎ：５０００，  Ｍｗ／Ｍｎ：１．１）、ＣｕＣｌ、Ｍｅ６ＴＲＥＮ、トルエンを加えて反応溶液とした。凍結真空脱気によりシュレンク管内の酸素を除去した後、室温にてＡＴＲＰを進行させることでｐｏｌｙ［（ＥＯ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）］を合成した。
【００５３】
反応用シュレンク管にｐｏｌｙ［（ＥＯ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）］、Ｎ−ｎ−プロピルアクリルアミド（ＮＮＰＡＭ）、ＤＢＤＡＥ、ＣｕＣｌ、Ｍｅ６ＴＲＥＮ、トルエンを加えて反応溶液とした。凍結真空脱気によりシュレンク管内の酸素を除去した後、室温にてＡＴＲＰを進行させることでトリブロックポリマーであるｐｏｌｙ［（ＥＯ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＮＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）］を合成した。ＧＰＣによりトリブロックポリマーを評価したところ、分子量２６４００、分子量分布２．８７であることが確認された。
【００５４】
［３−２］温度センシング特性の評価
蛍光特性の評価は実施例１［１−３］と同様の手法を用いて行った。０．０１ｗｔ％となるように０．１Ｍ  Ｎａ２ＣＯ３−ＮａＨＣＯ３水溶液にｐｏｌｙ［（ＥＯ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｂｌｏｃｋ−（ＮＮＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）］を溶解させた。測定用セルを１０℃から昇温し、１℃ごとに５分間静置しながら５０℃まで励起波長４４４ｎｍにおける極大蛍光波長（５２０ｎｍ付近）を観察した。この結果、１９℃付近で蛍光強度が急激に増加し、さらに昇温を続けると４６℃付近でさらに蛍光強度が増加した。この結果から、下限臨界共溶温度の異なる感熱部位を有する複数セグメントからなる蛍光性温度プローブを用いることにより、複数の温度領域で温度センシング可能であることが確認された。
【実施例４】
【００５５】
本実施例は、図５に示す温度センサーを作製し、そのセンサー特性を評価した例である。ただし、図５では蛍光性温度プローブより構成されるドメインが６つ図示しているのに対し、本実施例では３つのドメインを作製して検討している。
【００５６】
［４−１］蛍光性温度プローブドメインの作製
ＵＶ／Ｏ３処理により水酸基を露出させたスライドガラス表面にシランカップリング剤である（（ｃｈｌｏｒｏｍｅｔｈｙｌ）ｐｈｅｎｙｌｅｔｈｙｌ）ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅ）を結合させた。さらに、シランカップリング剤由来のクロロメチル基とＮ，Ｎ−ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウムを蒸留水中で反応させ、スライドガラス表面に光イニファーター重合の開始点となる光イニファーター基を導入した。以下、表面改質したスライドガラスをｇｌａｓｓ−ＤＣとする。作製したｇｌａｓｓ−ＤＣにフォトマスク（マスク中央に２０μｍのラインを描画しているもの）を取り付ける。反応用シュレンク管にフォトマスクを取り付けたｇｌａｓｓ−ＤＣとＮＩＰＭＡＭ、ＤＢＤＡＥ、トルエンを加えて反応溶液とした。シュレンク管内を窒素置換し、室温にて光イニファーター重合を進行させることでガラス表面にｐｏｌｙ（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）からなるドメインを形成させる。ここで、ＵＶランプとして波長３１２ｎｍ〜５７７ｎｍのものを用いた。
【００５７】
フォトマスクの取り付け位置をわずかに移動させた。反応用シュレンク管にフォトマスクを取り付けたｐｏｌｙ（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）ドメインを有するスライドガラス、ＮＩＰＡＭ、ＤＢＤＡＥ、トルエンを加えて反応溶液とした。先ほどと同様の条件にて光イニファーター重合を進行させることでガラス表面にｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）からなるドメインを形成させた。
【００５８】
フォトマスクの取り付け位置をわずかに移動させた。反応用シュレンク間にフォトマスクを取り付けたｐｏｌｙ（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）ドメインとｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）ドメインを有するスライドガラス、Ｎ−ｎ−プロピルアクリルアミド（ＮＮＰＡＭ）、ＤＢＤＡＥ、トルエンを加えて反応溶液とした。先ほどと同様の条件にて光イニファーター重合を進行させることでガラス表面にｐｏｌｙ（ＮＮＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）からなるドメインを形成させた。
【００５９】
次にスライドガラスからフォトマスクを取り外した。反応用シュレンク管にｐｏｌｙ（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）ドメインとｐｏｌｙ（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）ドメインとｐｏｌｙ（ＮＮＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）ドメインを有するスライドガラス、ＡＡｍ、蒸留水を加えて反応溶液とした。先ほどと同様の条件にて光イニファーター重合を進行させることで、ガラス表面にｐｏｌｙ（ＡＡｍ）をグラフトした。
【００６０】
スライドガラス表面の光学顕微鏡観察により、ｐｏｌｙ［（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｂｌｏｃｋ−ＡＡｍ］、ｐｏｌｙ［（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｂｌｏｃｋ−ＡＡｍ］、ｐｏｌｙ［（ＮＮＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｂｌｏｃｋ−ＡＡｍ］のライン状モノドメイン（ライン幅：約２５μｍ）がそれぞれ平行に形成されていることを確認した。これらの結果から、下限臨界共溶温度の異なる感熱部位を有する蛍光性温度プローブを基板上にパターニングできることがわかった。
【００６１】
［４−２］センサー機能の評価
ガラス基板上に作製した蛍光性温度プローブドメインのセンサー機能は共焦点レーザー顕微鏡を使用して確認した。実施例４［４−１］にて３種類の蛍光性温度プローブドメインを結合したスライドガラスをガラスｄｉｓｈ内に静置し、さらに蒸留水を加えた。ガラスｄｉｓｈを１℃／ｍｉｎで昇温し、１０℃から５０℃における蛍光性温度プローブドメインの蛍光強度変化を観察する。１９℃付近まで昇温した時点で、ｐｏｌｙ［（ＮＮＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｂｌｏｃｋ−ＡＡｍ］から形成されるモノドメインの蛍光強度が急激に増大した。さらに昇温を続けガラスｄｉｓｈ内が３２℃付近に達した時点で、ｐｏｌｙ［（ＮＩＰＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｂｌｏｃｋ−ＡＡｍ］から形成されるモノドメインの蛍光強度が急激に増大した。さらに温度を上昇させると４６℃付近でｐｏｌｙ［（ＮＩＰＭＡＭ−ｒ−ＤＢＤＡＥ）−ｂｌｏｃｋ−ＡＡｍ］から形成されるモノドメインの蛍光強度が増大する。このように、形成したモノドメイン配列の蛍光強度を観察することによって、容器内の温度をセンシングできる可能性が示唆された。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
ナノテクノロジーやバイオテクノロジーの発展にともない、ミクロン以下の微小空間や界面における温度センシングの重要性が高まっている。本発明の蛍光性温度プローブは、ナノメートルスケールという非常に小さなサイズであることから、マイクロリアクターや細胞内をはじめとする微小空間における温度センシングが可能となる。また、温度変化によって発光する表示素子や蛍光性感熱塗料といった新規材料として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】蛍光性温度プローブとして使用するブロックポリマーの構成
【図２】蛍光性温度プローブとして使用するグラフトポリマーの構成
【図３】蛍光性温度プローブをフリーな状態で使用した場合の形態変化
【図４】蛍光性温度プローブを固体基板上に結合した状態で使用した場合の形態変化
【図５】蛍光性温度プローブと検出手段を含む蛍光温度センサー
【符号の説明】
【００６４】
１１：温度応答性セグメント１
１２：親水性セグメント
１３：温度応答性セグメント２
１４：感熱部位１
１５：蛍光部位
１６：感熱部位２
３１：ユニマーミセル
３２：ポリマーミセル
４１：下限臨界共溶温度以下での蛍光性温度プローブ
４２：固体表面
４３：蛍光性温度プローブ／水溶液界面
５１：光源
５２：検出器
５３：スリット
５４：ハーフミラー
５５：レンズ
５６：ドメイン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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