生命現象における「熱」を視る小さな蛍光分子温度計の開発

～温度変化による微小な極性変化を蛍光色素で可視化～

医学研究院

池ノ内　順一　教授

2025.03.26 研究成果Life & HealthPhysics & Chemistry

発表のポイント

溶媒の温度変化による微弱な極性変化を高精度で可視化する小さな分子温度計を開発

色素を細胞に導入することにより、細胞の局所環境の温度変化の測定に成功

細胞や高分子材料などさまざまなシステムの温度変化を明らかにすることで、生命現象の解明や材料開発に活かされることを期待

発表概要

東京科学大学 物質理工学院 応用化学系の堀有琉斗大学院生、小西玄一准教授、九州大学 大学院医学研究院の松本惇志助教、池ノ内順一教授の共同研究チームは、極性応答により過去に例のない大きな発光波長変化を示すソルバトクロミック蛍光色素（用語1）を設計し、温度変化による微小な極性環境の差を蛍光で読み取り、高い精度で温度測定が可能な新概念の分子温度計の開発に成功しました。さらに、生きた細胞の液滴に色素を導入し、細胞内でも温度計として作用することを確認しました。
近年、細胞や高分子材料などの機能解明のために局所環境の温度変化を測定する技術に大きな注目が集まっています。しかし、既存の分子温度計は、分析可能な対象が限定されており、多様な用途に対応できる新しい概念の確立が求められてきました。
本研究では、光の生体透過性が高い赤色領域で発光する色素を開発するために強い電子吸引性基であるトリフルオロアセチル基を用いることで、過去に例のない大きな色調と発光強度の変化を達成しました。この色素を用いると、温度上昇時に溶媒の極性が僅かに低下する現象を、大きな蛍光スペクトルと強度の変化で可視化することができます。そして、蛍光スペクトルの二点の蛍光強度比を分析することができ、バイオイメージングで理想的とされる高い感度（1.5 %/℃）と分解能（< 0.1℃）での温度測定を実現しました。さらに、細胞の液滴の温度測定にも成功しました。このソルバトクロミック蛍光色素を用いた分子温度計は、優れた高い空間分解能、非侵襲性、分子設計の容易さから、蛍光温度計のスコープの大きな拡大と未知の生命現象の解明への貢献が期待されます。
本成果は、3月5日付（現地時間）のアメリカ化学会誌「Journal of the American Chemical Society」に速報版がオンライン掲載されました。

図1　蛍光分子温度計の構造と蛍光特性

用語解説

（1）ソルバトクロミック蛍光色素：周囲の極性によって蛍光波長が変化する色素。機能性蛍光色素として、バイオイメージングだけでなく、化学センサーとして広く用いられている。

論文情報

掲載誌：Journal of the American Chemical Society（アメリカ化学会誌）
論文タイトル： D–π–A Fluorophores with Strong Solvatochromism for Single-molecule Ratiometric Thermometers（和訳：強いソルバトクロミズムを示すD–π–A型蛍光色素による一分子レシオメトリック温度計）
著者：Alto Hori,¹ Atsushi Matsumoto,² Junichi Ikenouchi,² Gen-ichi Konishi^*1（堀 有琉斗,¹ 松本 惇志,² 池ノ内 順一,²小西 玄一^*1）
所属：1．東京科学大学 物質理工学院 応用化学系、2．九州大学 大学院 医学研究院
DOI:10.1021/jacs.5c01173

本件の詳細についてはこちら

問い合わせ先

医学研究院　池ノ内順一　教授 九州大学への寄附はこちら

SDGs 3