急速に普及が進む省電力・長寿命の発光ダイオード（LED）照明、特定の生体分子を可視化できる緑色蛍光タンパク質（GFP）……。物質が光を発する「発光」は、さまざまな分野で利用されており、より高機能な発光材料の開発競争が繰り広げられている。理研社会知創成事業 イノベーション推進センター 有機発光材料研究チームの大澤正久 副チームリーダー（TL）は、こすったり、アルコール蒸気を吹き付けたりといった外部刺激によって、青から黄色に発光色が変化する有機発光材料を発見。そして今回、理研和光研究所 基幹研究所 物質評価チームの橋爪大輔 専任研究員との共同研究によって、外部刺激による発光色の変化が分子構造の変化によって起きていることを明らかにした。発光色と分子構造の関係が分かったことで、発光色の制御が可能になり、応用につながると期待されている。
― 外部刺激によって発光色が変化する有機発光材料を発見したきっかけを教えてください。
大澤：私たちは、産業界との融合的連携研究プログラム※1のもと、キヤノン（株）と共同で有機エレクトロルミネッセンス（EL）デバイスに用いる発光材料の研究開発を行っています。有機ELデバイスは、薄く、明るく、省電力の次世代ディスプレイとして注目されています。研究の過程で青くよく光る材料を発見したのですが、耐熱性に問題があり有機ELデバイスには使えませんでした。ところが、その材料が黄色に発光するときがあることを偶然見つけたのです。別の用途に使えるのではないか、と考えたことが始まりです。
― どんな材料で、どうして発光色が変化するのですか。
図1 外からの力による発光色と分子構造の変化
図2 アルコール蒸気の蒸着による発光色と分子構造の変化
大澤：中心に金属イオンがあり、その周囲に配位子と呼ばれる原子やイオンが結合している化合物を金属錯体といいます。私たちが発見した材料は、金イオンに2個の有機配位子が付いている金属錯体です。これは通常青く発光しますが、その粉末を乳鉢に入れて強くこすると、黄色に変わります（図1）。発光色の変化は肉眼でも分かります。また、アルコール蒸気を吹き付けても、黄色に変化します（図2）。
色が変わるのは現象として面白いのですが、その仕組みを理解しなければ利用することはできません。そこで、粉末のX線構造解析の高い技術を持っている物質評価チームの橋爪専任研究員の協力を得て、分子の構造を調べることにしました。
その結果、青い発光のときは配位子が金属イオンを中心に対称になっていること、黄色の発光のときはその対称性が崩れていることが分かりました（図1）。こすることで、分子構造がゆがむのです。また、アルコール蒸気を吹き付けたときは、金属錯体の周りにあるアニオン（陰イオン）にアルコール分子が結合することで分子構造がゆがんでいました（図2）。溶媒を垂らしたり、アルコールを蒸発させたりすれば、元の構造に戻ります。
―この研究は理研の研究奨励ファンド※2に採択されました。
大澤：このファンドを使って粉末X線解析試料ホルダーを製作し、今調整中です。これが動きだすと、試料にアルコール蒸気を吹きかけたときの構造変化をリアルタイムで観察できるようになります。発光色と構造変化の関係をより詳細に調べていく計画です。
― 今後の展開は。
大澤：発光色が変化する材料の多くは分子間の相互作用が関わっていますが、この材料は1個の分子だけで応答します。例えば、フィルムの中にこの金属錯体の分子を分散させ、圧力やアルコール濃度の変化を色で捉えるセンサーを実現できないかと考えています。「光」をキーワードに、社会に役立つものをつくる。それが、これまでの、そしてこれからも変わらない私の研究スタイルです。
（取材・執筆：鈴木志乃／フォトンクリエイト）
- ※1産業界との融合的連携研究プログラム：企業主導のもとに研究課題の提案およびチームリーダーを受け入れて、理研内に時限的研究チームを編成するという、企業側のイニシアチブを重視した研究プログラム。
- ※2研究奨励ファンド：若手の意欲的な研究を奨励することを目的とし、理研の研究所・センターで横断的に実施している。
