研究

同位体化学研究室では、錯体化学的な研究を基盤として、放射性元素を含む幅広い金属元素を対象にした研究をおこなっています。

・有機化学・錯体化学的手法を用いた放射性元素およびそれらと関連する元素についての合成化学研究

・アクチノイド錯体化学

・核医学治療のためのアスタチン及び他の核種の化学分離手法開発

・放射性物質の環境中の挙動に関する研究

・ミュオンをもつ原子を用いた分析化学研究

レニウム、テクネチウム錯体の発光に関する研究

   

テクネチウムとレニウムは周期表の第7族の遷移金属元素です。テクネチウムは、生体内の診断のための画像診断をする放射性医薬品として良く用いられています。しかしながら特定の形の化合物以外の研究はほとんど行われておらず、他の金属元素に比べると錯体化学的な研究はあまり進んでいません。また、レニウムは、ベータ線による治療薬として大変期待されています。

我々は、放射線と可視光発光によるデュアルモダリティイメージングが可能となるテクネチウム、レニウム錯体を新しく合成し、その物性解明を行っています。 当研究室では、ニトリド窒素が配位したテクネチウムで初めての発光を示す錯体の合成に成功しました。また、pHに応答して発光色、発光強度が変化する金属錯体の合成にも成功しています。またレニウムが６つ集合したクラスターと呼ばれる化合物の発光及びその発光エネルギーを利用した研究についてもおこなっています。

放射線を用いた診断薬、治療薬のための新しい配位子、金属錯体の合成化学研究

特定の部位に集積する放射性化合物を使いガンなどの検出や治療が行われています。その中でも、アルファ線を放出する核種の医学利用が非常に期待されています。 アルファ線は飛程が短いため、ガンに集積させれば、周囲の正常な細胞への影響が少ない有効な治療剤になります。

Ra-223およびその壊変核種は半減期が短く、安定なPb-207になるまで、何回もα線を放出するため、非常に効果的です。2価のRaイオンは骨に集積する性質があり、実際にRa-223を用いた治療薬が臨床利用されています。一方で、Raはイオン半径が極めて大きく、適切なキレート配位子が無いために、更なる応用がしにくい状況にあります。当研究室では、Raを安定にキレートする配位子を新たに合成することを目的に研究を進めています。 また、ベータ線も放射線治療に有効です。特にランタノイドは、ベータ線治療薬として期待されているだけでなく、ガドリニウムはMRIの試薬としても臨床利用されており、高い中性子捕捉能力をもつことから、様々な手法を用いた診断・治療薬になることが期待されています。そこで、ランタノイドやアクチニウムを高い安定性をもってキレート配位する配位子とその金属錯体合成に関する研究も進めています。

放射性同位体を用いた電池機能性材料の特性評価に関する研究

バナジウム・レドックスフロー電池（VRFB）は電力貯蔵用二次電池の有力候補として国内外にて広く研究・実用化されています。VRFBでは、隔膜を介したバナジウムイオンの膜透過による電流効率の低下、自己放電という課題を有し、この解決のためのイオン交換膜研究が世界中で盛んに行われています。しかし、VRFBは正負極の活物質に単一元素のバナジウムを用いるため、膜透過の原因（拡散、 電気泳動、電気浸透）解明に一般的な元素定量法（ICP-AESを用いた濃度測定など）を適用することが困難です。当研究室は、放射性バナジウム48VをトレーサーとしてVRFBの膜透過を直接観察する手法を確立し、イオン交換膜の評価と動的環境下での測定に取り組んでいます。

ウランの酸化還元に伴う動的挙動の変化

アクチノイドとランタノイドは周期表ではf-ブロックの元素群に属します。ランタノイドはプロメチウムを除いて全てに安定元素が存在しますが、アクチノイドは全て放射性元素です。また、ランタノイドは一部の元素を除いて、ほとんどが＋３価の酸化数のみ安定に存在します。ランタノイドではf軌道の電子は内殻に局在化しているため、配位子が中心金属に及ぼす影響は極めて小さいと考えられています。一方、アクチノイドの前半部分の元素（アクチニウムからプルトニウム）はｆ電子が外殻にも存在するため、これらの元素の中には酸化還元活性なものがあることが知られています。またｆ電子が外殻にも存在するため、中心金属イオンが配位子の影響を受けると考えられています。

当研究室では配位子場によるf-ブロック金属の影響を調べるため、＋4価と＋5価のウランをもつ八配位錯体2種類を合成し、それぞれの錯体の構造異性体を初めて単離・構造決定することに成功しました。

ウランが集合したウラニル多核錯体の合成と反応に関する研究

地層処分の安全性の観点から、浅い地層の地下水が示す弱酸性条件でのウランの化学的な挙動について良く知る必要があります。弱酸性条件では、ウランは加水分解反応を起こし、単核、複核、三核のウラニル錯体が生成するともに、それらと酸が反応して化学的挙動は複雑になっています。また、各化合物には、反応できる箇所が多数あることも、その化学反応を詳細に知ることを難しくする要因です。

我々は、反応を単純化できるモデル化合物を用いて、ウラニル同士を架橋している部位へのプロトン付加・脱離反応をNMRを用いて定量的に反応追跡し、その反応が極めて起こりやすいことが分かりました。

福島第一原子力発電所事故で放出された放射性核種の分析

2011年に起こった東京電力福島第一原子力発電所の事故により、様々な放射性核種が環境中に放出されました。私たちは放射性核種がどのように放出されたのか、現在どのように移動しているのかについて研究をしています。特に土壌などの環境試料について、放射化学的な手法を用いて、測定することが難しい90Srや239Pu, 240Puに注目した分析研究を行っています。

アスタチン-211の乾式分離精製と分離後水溶液中化学種の検討

近年、癌に対するα線核種を用いた核医学治療の研究が盛んに進められており、候補核種としてアスタチン-211(At-211)が大きな注目を集めています。At-211はサイクロトロン用いてビスマス(Bi)ターゲットにヘリウム-4ビームを照射することで国内製造が可能であり、利用に際してBiターゲットから分離精製する必要があります。分離法として乾式分離法が広く用いられていますが、Atは半減期が短い放射性同位体しか存在しないことから化学的性質に不明な点が多く、さらに複雑な化学挙動を示すこともあり、乾式分離における分離収率が不安定になる場合が多いです。臨床利用においては、安定的に高収率でAt-211の乾式分離を行う必要があり、我々はAt-211の乾式分離の高度化を検討しています。また、Atを治療用の薬剤に標識するためには、Atそのものの基本的な性質を明らかにしておくことが重要です。我々は乾式分離後のAt-211の水溶液中での化学種について、キャピラリー電気泳動法等を用いた検討も行っています。