機能をマテリアル化できる分子インクの開発

• Project/Area Number: 18K05088
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 西藪 隆平 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 助教 (00432865)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2018: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: コーティング剤 / 親水膜 / ポリビニルアルコール / 架橋剤 / 架橋膜 / 分子インク / ボロン酸 / コーティング膜 / 表面修飾 / ヒドロゲル / 架橋 / 親水性膜 / インク / コーティング / 超分子 / 親水化 / 表面機能化

Outline of Annual Research Achievements

ポリビニルアルコールとベンゼンジボロン酸とのエタノール水溶液をコーティング剤として用いることで様々な材料表面にキャスト法やディップ法といった単純な方法で不溶性の親水性膜を提供できること、種々の重金属イオンと相互作用して比色応答を示すアゾ化合物にボロン酸基を導入した化合物を当該親水性膜に共有結合で安定固体化できることがわかったので、ポリビニルアルコール、ベンゼンジボロン酸およびボロン酸結合型アゾ化合物を含むエタノール水溶液を調製した。
調製された溶液に様々な素材および形状の材料を浸漬することで、ボロン酸結合型アゾ化合物を含む膜をこれら材料表面に作製した。例えば、ポリスチレンやポリエチレンといった種々の合成樹脂やガラス、ステンレスといった種々の素材からなる基板に適用でき、ろ紙やガラス繊維、ポリウレタン多孔質体など、様々な形状を持つ材料の表面にもボロン酸結合型アゾ化合物を含む膜を作製できた。
また、当該溶液をインクとして用いることもできた。すなわち、当該溶液を種々の固体材料上に滴下することでもボロン酸結合型アゾ化合物を含む膜をこれら材料表面に作製することができた。
ボロン酸結合型アゾ化合物を含む膜を作製した材料をアルコールや水に浸漬したところ、膜は溶解することなく、ボロン酸結合型アゾ化合物は溶媒に漏出しなかった。このことから、得られた膜においては、ボロン酸エステル結合を介してポリビニルアルコールがベンゼンジボロン酸で架橋され不溶化されるとともに、ボロン酸結合型アゾ化合物もその不溶化されたポリビニルアルコールに安定に結合していることが示された。
作製した膜を水銀イオンや鉛イオンの水溶液に浸漬したところ、ボロン酸結合型アゾ化合物との相互作用に起因する黄色から赤色への色変化が観察され、当該溶液が種々の固体材料にケモセンサー膜を提供する分子インクとして機能することが示された。

Research Products

• [Journal Article] Room‐Temperature Phosphorescence‐active Boronate Particles: Characterization and Ratiometric Afterglow‐sensing Behavior by Surface Grafting of Rhodamine B (2020)
  • Author(s): Hoshi Mitsuki、Nishiyabu Ryuhei、Hayashi Yuichiro、Yagi Shigeyuki、Kubo Yuji
  • Journal Title: Chemistry-An Asian Journal Volume: 15 Issue: 6 Pages: 86-94
  • DOI: 10.1002/asia.201901740
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Boronate sol?gel method for one-step fabrication of polyvinyl alcohol hydrogel coatings by simple cast- and dip-coating techniques (2020)
  • Author(s): Nishiyabu Ryuhei、Takahashi Yuki、Yabuki Taro、Gommori Shoji、Yamamoto Yuki、Kitagishi Hiroaki、Kubo Yuji
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 10 Issue: 1 Pages: 86-94
  • DOI: 10.1039/c9ra08208e
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Boronic acids as molecular inks for surface functionalization of polyvinyl alcohol substrates (2018)
  • Author(s): Ryuhei Nishiyabu, Miku Tomura, Tomo Okade and Yuji Kubo
  • Journal Title: New Journal of Chemistry Volume: 42 Issue: 9 Pages: 7392-7398
  • DOI: 10.1039/c8nj00992a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anion Sensing by Fluorescent Expanded Calixpyrroles (2018)
  • Author(s): Mariia Pushina, Petr Koutnik, Ryuhei Nishiyabu, Tsuyoshi Minami, Pavel Savechenkov and Pavel Anzenbacher, Jr.
  • Journal Title: Chemistry A European Journal Volume: 24 Issue: 19 Pages: 4879-4884
  • DOI: 10.1002/chem.201705387
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Formation of emissive nanoparticles from tetraphenylethylene-containing boronate macrocycles: Preparation, characterization and functionalization (2018)
  • Author(s): Mitsuki Hoshi, Naoyoshi Kaneko, Ryuhei Nishiyabua and Yuji Kubo
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 6 Issue: 41 Pages: 11052-11062
  • DOI: 10.1039/c8tc03748e
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ボロネート固体発光分子系の調製と機能化, (2019)
  • Author(s): 星光起・西藪隆平・久保由治
  • Organizer: 第18回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [Presentation] 室温燐光特性をもつボロネート超分子の合成と機能化, (2019)
  • Author(s): 星光起・西藪隆平・久保由治
  • Organizer: 第30回基礎有機化学討論会
• [Presentation] 一段階で親水性膜を作製できるコーティング剤としてのポリビニルアルコールとベンゼン-1,4-ジボロン酸とからなる混合溶液の調製， (2019)
  • Author(s): 西藪隆平・権守将二・屋葺太郎・高橋由希・久保由治
  • Organizer: 第29回日本MRS年次大会
• [Presentation] ボロン酸を導入した比色ケモセンサーを分子インクとして用いたスタンプ法による重金属イオンのdip-and-read型試験片の開発 (2019)
  • Author(s): 屋葺太郎・西藪隆平・久保由治
  • Organizer: 第29回日本MRS年次大会
• [Presentation] 高い耐久性、防曇性およびタンパク質吸着抑制能を有する親水性コーティング膜としてのボロネート架橋ポリビニルアルコール膜 (2019)
  • Author(s): 権守将二・屋葺太郎・西藪隆平・久保由治
  • Organizer: 第29回日本MRS年次大会
• [Presentation] 単分散性ボロネート粒子の室温りん光特性 (2019)
  • Author(s): 星光起・西藪隆平・久保由治
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] 1.テトラフェニルエチレン含有ボロネート大環状化合物の発光性自己集合挙動 (2018)
  • Author(s): 星光起・金子尚義・西藪隆平・久保由治
  • Organizer: 第16回ホストゲスト・超分子化学シンポジウム
• [Presentation] 2.H2O2に対して蛍光応答性をもつボロン酸エステル型1,8-ナフタルイミド誘導体の合成 (2018)
  • Author(s): 持田和加奈・西藪隆平・久保由治
  • Organizer: 第16回ホストゲスト・超分子化学シンポジウム
• [Presentation] 3.不斉固体触媒を指向したキラル分子グラフト型ボロネート粒子の調製 (2018)
  • Author(s): 中西雄大・西藪隆平・久保由治
  • Organizer: 第53回有機反応若手の会
• [Presentation] 4.ボリル基を有する1,8-ナフタルイミド誘導体の合成と過酸化水素応答型蛍光発光 (2018)
  • Author(s): 持田和加奈・西藪隆平・久保由治
  • Organizer: 第53回有機反応若手の会
• [Remarks] Ryuhei Nishiyabu Webpage
  • URL: http://www.comp.tmu.ac.jp/kubolab/Nishiyabu.html
• [Remarks] 首都大学東京ホームページ
  • URL: https://www.tmu.ac.jp/stafflist/data/na/688.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] コーティング組成物及びコーティング剤 (2019)
  • Inventor(s): 西藪隆平・久保由治
  • Industrial Property Rights Holder: 西藪隆平・久保由治
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019