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ヘリックスペプチド単一分子の電気的特性の解明

Research Project

Project/Area Number 12J05908
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Nanomaterials/Nanobioscience
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

宇治 広隆  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsヘリックスペプチド / 電子移動 / ポルフィリン / フラーレン / 光電流発生 / 単一分子測定 / ダイポールモーメント
Outline of Annual Research Achievements

当該年度に実施した研究においては、ヘリックスペプチドの電子移動能を解明し、フォトダイオードへの応用を試みた。具体的には、昨年度に実施した研究を継続して、光エネルギーアクセプターを末端に結合したヘリックスペプチドを用いて、金基板上に自己組織化単分子膜(self-assembled monolayer: SAM)を調製し、光励起による光電流発生について検討を行った。
光応答を示す分子としてN末端にジスルフィド基、C末端にテトラフェニルポルフィリンを結合した、L-アラニン (L-alanine: Ala)と2-アミノイソ酪酸(Aib)の交互配列16量体ヘリックスペプチド:SA16TPPと、電子受容能に優れたフラーレンをC末端に結合したヘリックスペプチド:SA16C60を設計し合成した。
ポルフィリンのみのSAMでは、ポルフィリンの表面密度が増大するほどアノード方向の光電流が支配的になり、吸収した光子に対する量子収率も増大した。マーカス理論を応用したモデルを適用することにより、光電流の電位依存性を理論的に解析した。ポルフィリンの密度が大きくなるほど、熱失活過程や再配向エネルギーが減少していることが分かった。これを基に、約4μAの光電流に対して暗電流が数十nAしか流れないフォトダイオードを作成した。
また、ポルフィリンからフラーレンへと電荷分離が形成され、高効率に光電流が発生することを期待して、ポルフィリンとフラーレンの混合SAMを調製した。混合SAMでは、ポルフィリンを励起したにも関わらずカソード電流が-300 mVから100 mVの広い範囲で発生し、フラーレンを介した電子移動が支配的に起こっていることが分かった。一方で、溶液中の電子アクセプターとして酸素を利用したため、光電流発生を伴わない熱失活過程が増大してしまい、全体の量子収率は減少した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2015 2014 2013 2012

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Anodic Photocurrent Generation by Porphyrin-Terminated Helical Peptide Monolayers on Gold2015

    • Author(s)
      Hirotaka Uji, Yuji Yatsunami, Shunsaku Kimura
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 印刷中 Issue: 15 Pages: 8054-8061

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b01100

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Molecular direction dependence of single-molecule conductance of a helical peptide in molecular junction2013

    • Author(s)
      Hirotaka Uji, Tomoyuki Morita, Shunsaku Kimura
    • Journal Title

      Phys. Chera. Chem. Phys.

      Volume: 13 Issue: 3 Pages: 757-760

    • DOI

      10.1039/c2cp43499g

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation on Single helical peptide conductance in a gold-peptide-gold junction2012

    • Author(s)
      Hirotaka Uji, Tomoyuki Morita, Shunsaku Kimura
    • Journal Title

      Polymer Preprints (American Chemical Society, Division of Polymer Chemistry)

      Volume: 53(2) Pages: 1-1

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular photodiode consisting of helical peptides having porphyrin2014

    • Author(s)
      宇治広隆、木村俊作
    • Organizer
      ICNME2014
    • Place of Presentation
      神戸コンベンションセンター、兵庫県
    • Year and Date
      2014-12-17 – 2014-12-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] PorあるいはC60を有するヘリックスペプチドSAMでの光電子移動2014

    • Author(s)
      宇治広隆、木村俊作
    • Organizer
      高分子討論会
    • Place of Presentation
      長崎大学、長崎県
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Photo-current generation in helical peptide monolayers having porphyrins2014

    • Author(s)
      宇治広隆、八並裕治、木村俊作
    • Organizer
      高分子年会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場、愛知県
    • Year and Date
      2014-05-28 – 2014-05-30
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation on Single helical peptide conductance in a gold-peptide-gold junction2012

    • Author(s)
      Hirotaka Uji, Tomoyuki Morita, Shunsaku Kimura
    • Organizer
      244th ACS National Meeting
    • Place of Presentation
      Philadelphia, PA (アメリカ)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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