Transformation of self-propelled droplets induced by molecular conversions

• Project/Area Number: 18K05066
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Banno Taisuke 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (70613909)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 自己駆動液滴 / 非平衡系 / 界面活性剤 / エマルション / 金属錯体 / 光応答性 / マイクロ流体デバイス / マランゴニ対流 / 自己駆動油滴 / カチオン性界面活性剤 / 集団運動 / パターン形成 / 変形 / 電解質 / 分子間相互作用 / 分岐構造 / 相転移 / ベンズアルデヒド誘導体 / ラウロニトリル / キラリティー / 超分子化学 / 分子変換

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to construct chemical systems where self-propelled micrometer-sized oil droplets change the locomotion mode and/or transform to other aggregates under various external stimuli. By using reactive surfactants having a ligand with metal ions, such as aniline group, oil droplets exhibited chemotactic behavior and then transformed to aggregates having membrane structures. In addition, collective behavior of assembly and disassembly of oil droplets was found in aqueous solution containing photo-responsive surfactants.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

超分子化学の観点から，細胞にみられる，高次に階層化された化学システムをつくりだし，その機能を搭載した材料を開発する試みがなされている。しかし，そのほとんどは，超分子構造体中の弱い分子間相互作用を外部刺激によって変換・制御することで，構造体の形状や物性をスイッチングするものであり，常にエネルギーの供給と散逸のある平衡から遠く離れた系で発現される細胞機能を再現するには至っていない。それに対し，本研究成果は化学反応を活用することで，細胞にみられる相転移現象の一端を再現することに成功しており，新たな機能性材料の設計指針を供するものである。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Eindhoven University of Technology(オランダ)
• [Journal Article] pH-Tolerant giant vesicles composed of cationic lipids with imine linkages and oleic acids (2020)
  • Author(s): Sawada Daichi、Hirono Ayana、Asakura Kouichi、Banno Taisuke
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 10 Issue: 56 Pages: 34247-34253
  • DOI: 10.1039/d0ra06822e
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Disruption of Liquid Marbles Induced by Host-Guest Interaction (2019)
  • Author(s): Kozuka Shohei、Banno Taisuke、Fujii Syuji、Nakamura Yoshinobu、Yusa Shin-ichi
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 48 Issue: 8 Pages: 840-843
  • DOI: 10.1246/cl.190232
  • NAID: 130007687697
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Start of Micrometer-Sized Oil Droplet Motion through Generation of Surfactants (2019)
  • Author(s): Kasuo Yui、Kitahata Hiroyuki、Koyano Yuki、Takinoue Masahiro、Asakura Kouichi、Banno Taisuke
  • Journal Title: Langmuir Volume: 35 Issue: 41 Pages: 13351-13355
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b01722
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature-Dependent Dynamics of Giant Vesicles Composed of Hydrolysable Lipids Having an Amide Linkage (2019)
  • Author(s): Tameyuki Maito、Hiranaka Hisato、Toyota Taro、Asakura Kouichi、Banno Taisuke
  • Journal Title: Langmuir Volume: 35 Issue: 52 Pages: 17075-17081
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b02707
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Locomotion Mode of Micrometer-Sized Oil Droplets in Solutions of Cationic Surfactants Having Ester or Ether Linkages (2018)
  • Author(s): Hirono Ayana、Toyota Taro、Asakura Kouichi、Banno Taisuke
  • Journal Title: Langmuir Volume: 34 Issue: 26 Pages: 7821-7826
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b01352
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Irreversible aggregation of alternating tetra-block-like amphiphile in water (2018)
  • Author(s): Konno Shota、Banno Taisuke、Takagi Hideaki、Honda Satoshi、Toyota Taro
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 13 Issue: 8 Pages: e0202816-e0202816
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0202816
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell-Mimicry Behaviors of Micrometer-Sized Oil Droplets in Aqueous Solution (2018)
  • Author(s): Banno Taisuke、Toyota Taro、Asakura Kouichi
  • Journal Title: Artificial Life Conference Proceedings Volume: 30 Pages: 13-14
  • DOI: 10.1162/isal_a_00010
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Photo-responsive collective behavior of oil droplets in surfactant solution (2021)
  • Author(s): Tomoya Kojima, Hiroyuki Kitahata, Kouichi Asakura, Taisuke Banno
  • Organizer: アクティブマター研究会2021（オンライン）
• [Presentation] Creation of molecular system emerging multi-step phase transition of supramolecular architectures (2021)
  • Author(s): Daichi Sawada, Kouichi Asakura, Taisuke Banno
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会（オンライン）
• [Presentation] 電解質を含むカチオン性界面活性剤水溶液中におけるウンデカナールとデカノールからなる油滴の変形 (2021)
  • Author(s): 菊池孝宜，朝倉浩一，伴野太祐
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会（オンライン）
• [Presentation] ジアミンおよびジチオエステル化合物を含むリポソームの構造安定性 (2020)
  • Author(s): 平中寿人，朝倉浩一，伴野太祐
  • Organizer: 第71回コロイドおよび界面化学討論会（オンライン）
• [Presentation] Photoinduced cooperative behavior of micrometer-sized oil droplets in azobenzene-containing surfactant solution (2020)
  • Author(s): Tomoya Kojima, Hiroyuki Kitahata, Kouichi Asakura, Taisuke Banno
  • Organizer: 日本油化学会第59回年会（オンライン）
• [Presentation] Photo-responsive behaviors of molecular aggregates composed of cationic and anionic surfactants (2020)
  • Author(s): Yuri Yamaguchi, Kouichi Asakura, Taisuke Banno
  • Organizer: 日本油化学会第59回年会（オンライン）
• [Presentation] Emergence of vesicle-like assemblies induced by production of triazole-type cationic lipids (2020)
  • Author(s): Yifei Liao, Kouichi Asakura,Taisuke Banno
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 生命らしいダイナミクスを誘起する分子システムの設計 (2019)
  • Author(s): 伴野太祐
  • Organizer: 第7回慶應有機化学若手シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 分子デザインによる生命らしい油滴ダイナミクスの誘導 (2019)
  • Author(s): 伴野太祐
  • Organizer: MIMS/CMMA Seminar on Self Organization 第26回自己組織化セミナー
  • Invited
• [Presentation] 界面活性剤水溶液中で自己駆動する油滴の金属イオン応答性 (2019)
  • Author(s): 中山星汐彩、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 日本油化学会第58回年会
• [Presentation] pH-Responsibilities of giant vesicles composed of cationic lipids with imine linkages and oleic acids (2019)
  • Author(s): Daichi Sawada, Koichi Asakura, Taisuke Banno
  • Organizer: OKINAWA COLLOIDS 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural stability of giant vesicles consisting of cationic amphiphiles having diamide skeletons (2019)
  • Author(s): Hibiki Ueno, Kouichi Asakura, Taisuke Banno
  • Organizer: OKINAWA COLLOIDS 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 界面活性剤水溶液中での分岐構造を有するベンズアルデヒド誘導体からなる油滴の運動モード (2019)
  • Author(s): 中島祐太朗、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 第29回非線形反応と協同現象研究会
• [Presentation] Unique Dynamics of Molecular Self-Assemblies Induced by Chemical Reactions (2019)
  • Author(s): Taisuke Banno
  • Organizer: 日本化学会弟99春季年会
  • Invited
• [Presentation] カチオン性界面活性剤水溶液中でのキラルなベンズアルデヒド誘導体からなる油滴の運動モード (2019)
  • Author(s): 中島祐太朗、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 日本化学会弟99春季年会
• [Presentation] Required Conditions for Self-Propelled Motion of Micrometer-Sized Oil Droplets in Surfactant Solution (2018)
  • Author(s): Taisuke Banno, Yui Kasuo, Hiroyuki Kitahata, Yuki Koyano, Masahiro Takinoue, Kouichi Asakura
  • Organizer: Gordon Research Conference Oscillations and Dynamic Instabilities in Chemical Systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cell-Mimicry Behaviors of Micrometer-Sized Oil Droplets in Aqueous Solution (2018)
  • Author(s): Taisuke Banno, Taro Toyota, Kouichi Asakura
  • Organizer: ALIFE2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] O/Wエマルション中で自己駆動する油滴のpH応答性 (2018)
  • Author(s): 冠木麻里、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 日本油化学会第57回年会
• [Presentation] 両性界面活性剤水溶液中でのpHによる微小油滴の運動制御 (2018)
  • Author(s): 伴野太祐
  • Organizer: 第18回油脂優秀論文賞受賞講演会
  • Invited
• [Presentation] 合成化学からの自己駆動物体 (2018)
  • Author(s): 伴野太祐
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
  • Invited
• [Presentation] アミド結合を有するジチオール化合物の水／有機溶媒混合溶液中での自己集合化 (2018)
  • Author(s): 笈川貴規、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] 1,2,3-トリアゾール基を有する三分岐型両親媒性化合物のその場合成と錯体形成によるゲル化 (2018)
  • Author(s): 澁谷優輝、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] アニリン骨格を有する界面活性剤水溶液中における金属イオン存在下での油滴の自己駆動 (2018)
  • Author(s): 中山星汐彩、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 第69回コロイドおよび界面化学討論会
• [Presentation] アミド結合を有するジチオール化合物の水／有機溶媒混合溶液中での自己集合化 (2018)
  • Author(s): 笈川貴規、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 第8回CSJ化学フェスタ2018
• [Presentation] 1,2,3-トリアゾール基を有する三分岐型両親媒性化合物のその場合成と錯体形成によるゲル化 (2018)
  • Author(s): 澁谷優輝、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 第8回CSJ化学フェスタ2018
• [Presentation] アニリン骨格を有する界面活性剤水溶液中における金属イオン存在下での油滴の自己駆動 (2018)
  • Author(s): 中山星汐彩、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 第8回CSJ化学フェスタ2018
• [Presentation] 分子デザインによる液滴ダイナミクスの制御 (2018)
  • Author(s): 伴野太祐
  • Organizer: 第5回つくば時空間ダイナミクスの会
  • Invited
• [Presentation] 界面活性剤水溶液中でのウンデカナールとデカノールを混合した油滴の運動モード (2018)
  • Author(s): 菊池孝宜、朝倉浩一、伴野太祐
  • Organizer: 第28回非線形反応と協同現象研究会
• [Book] Self-organized Motion: Physicochemical Design based on Nonlinear Dynamics（分担執筆：Chapter 5. Synthetic Approaches to Control Self-propelled Motion of Micrometre-sized Oil Droplets in Aqueous Solution） (2018)
  • Author(s): Taro Toyota、Taisuke Banno、Kouichi Asakura
  • Total Pages: 371
  • Publisher: Royal Society of Chemistry
  • ISBN: 9781788011662
• [Remarks] 慶應義塾大学理工学部応用化学科朝倉研究室ホームページ
  • URL: http://www.applc.keio.ac.jp/~asakura/