柔軟な発光団に基づく高輝度張力プローブの開発と分子解像度の応力解析への展開
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19J22034
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山角 拓也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2021: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | 蛍光分子 / 張力プローブ / ゲル / メカノフォア / 高分子 / ポリウレタン / レオロジー / 可視化技術 / 二重蛍光 / ピレン / 光機能分子 |
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| Outline of Research at the Start |
メカノフォア（力に応答して化学的な構造変化を示す分子骨格）は、高分子材料にかかる力を分子レベルで解明する新技術へ応用できると期待されている。当研究室で開発した柔軟な発光団であるFLAPは蛍光メカノフォアとして利用可能であり、ポリウレタンへ導入することで延伸に伴って蛍光色変化が観測される。本研究では、高分子鎖1本1本に掛かる力といったナノレベルでの解析を実現するため、単一分子蛍光測定に向けた耐光性FLAPの合成に取り組む。合成したFLAPを用いて高い時空間分解能での応力分布を可視化することができれば、より強靭な材料を設計するための化学構造を提案するための手掛かりとなることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
当研究室では、光照射により励起状態でV字型から平面型へとコンフォーメーション変化を起こす「羽ばたく光機能分子FLAP」についての研究に取り組んでいる。その中でも私は、FLAPが力に応じてV字型から平面型へ構造変化して青色から緑色へ蛍光色変化を示す特徴を利用し、青と緑の2色の蛍光強度比を利用したレシオ解析により高分子材料にかかるナノ応力集中を定量するForceプローブを開発している。特に私は、アントラセン骨格をもつ従来型FLAPが溶媒存在下では力学負荷のない状態でも自発的に平面化してしまうため湿潤環境では利用できないという問題点に一貫して挑戦してきた。
前年度までに私は、ピレン骨格をもつFLAP分子を設計・合成し、このFLAP分子が溶媒を含む高分子ゲル中でも力学応答をわずかに示すことを予備的に確認していた。当該年度では、ゲルの作製・測定方法を改善することで、より力学応答を明確に観測することが可能となった。具体的には、ゲルが容易に破断する引張試験ではなく比較的強い力を加えることが可能な圧縮試験を採用し、FLAPを導入する高分子材料として採用した架橋ポリウレタンの合成条件や膨潤させる有機溶媒の選択に関して充分な検討を行なった。その結果、圧縮と除荷に対してFLAPを導入した高分子ゲルは迅速かつ可逆に明確な蛍光応答を示し、その応力分布はピクセル毎に蛍光スペクトルが取得できるカメラによって、0-1 MPaの小さな応力範囲で蛍光レシオイメージングができることを実証した。
以上のように私は、有機溶媒で膨潤した高分子ゲルを圧縮した際に生じるナノ応力集中をピレン型FLAPを用いて可逆的に可視化した。近年、高分子ゲルの力学的な脆弱性を克服すべく様々な強靭化戦略が取られているが、本研究で開発したForceプローブはそれらの強靭化メカニズムを分子レベルで解明する新たな手法として期待できる。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(9 results)
