分子化学系 外間進悟 助教らの共同研究チームは、カーボン量子ドット（CQD）を用いた新しい蛍光ナノ温度計を開発しました
京都工芸繊維大学?外間進悟助教、大阪大学?原田慶恵教授、東京大学?岡部弘基特任准教授、広島大学?杉拓磨准教授らの共同研究チームは、カーボン量子ドット（CQD）注1）を用いた新しい蛍光ナノ温度計を開発しました。
CQDは従来型の量子ドットと同様に量子サイズ効果に由来する蛍光を発する性質があります。一方で、CQDの構成成分は主に炭素であり、従来型量子ドット（QD）のように重金属(カドミウムなど)を含まないため、細胞に対する毒性が低く、バイオセンサとしての利用が期待されています。しかし、CQDの蛍光特性?温度応答性を精密に制御することが難しく、これまでに生化学反応に伴う温度変化の計測には成功していませんでした。
本研究では、アントラキノンを骨格とする新規CQDを合成し、青?緑色で発光し、蛍光強度?蛍光寿命注2）?比率型の温度計として機能するCQDの開発に成功しました。蛍光寿命型の温度計は、pHなどの環境変化に耐性があり、細胞内でも温度計として機能することがわかりました。実際に、ミトコンドリアの膜電位を脱分極させることによって引き起こされる細胞内の温度上昇を計測することに成功しました。さらに、蛍光強度と蛍光寿命の異なる手法で相互検証することによる、信頼性の高い細胞温度計測法を確立しました。
この技術により、細胞内部の微小な温度変化を計測することが可能になり、細胞活動と温度の関係をより正確に分析できるようになりました。
図１．CQDの合成とその蛍光特性
本件の詳しい内容はこちら（PDF）
本研究成果は2025年3月26日に、米国科学誌の「Nano Letters」（外部サイト）に掲載されました。
（用語解説）
注1）カーボン量子ドット（CQD）
ナノメートルサイズ（約1?10 nm）の炭素系ナノ粒子で、優れた蛍光特性を持つ。生体適合性が高く、バイオイメージングやバイオセンシングに適している。
注2）蛍光寿命
蛍光物質が発光を続ける時間。本研究ではこの時間の温度依存性を利用して細胞内の温度を計測している。CQDの濃度や細胞内の塩?pH、励起光強度の影響を受けにくいという性質がある。
【このページに関する問い合わせ先】
総務企画課広報係
TEL：075-724-7016
E-mail：koho[at]jim.kit.ac.jp（※[at]を@に変換してください）