３次元走査型AFMによる局所水和計測と疎水性相互作用の増強・抑制メカニズム解明
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20H02689
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
淺川 雅 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (90509605)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
生越 友樹 京都大学, 工学研究科, 教授 (00447682)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2020: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
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| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 疎水性相互作用 / 水和構造 / 局所水和構造 |
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| Outline of Research at the Start |
疎水性相互作用は分子間に働く相互作用のひとつである。水中で働く特殊な相互作用であり、疎水性分子構造の周囲に形成された水分子のネットワーク構造が重要であると理解されている。しかし、その水分子ネットワーク構造を直接観察することがあらゆる計測手法を用いても難しいため、その理解は十分ではない。そこで本研究では原子レベルで先鋭化された探針を用いて局所構造を観察する原子間力顕微鏡と呼ばれる計測方法を用いて疎水性構造の周囲に存在する水分子ネットワーク構造を可視化することを目指す。得られた構造情報から疎水性相互作用を理解し、新規材料開発へ発展させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は疎水性表面に存在する固定化イオンが疎水性相互作用を「増強」もしくは「抑制」する調節機構を明らかにするために、固定化イオン周辺に存在する局所水和の構造・物性変化を理解することが目的である。これまで疎水性平面モデルとして分子設計が容易で定量的な議論が可能であるアルカンチオール自己組織化膜を用いた疎水性表面の調製方法を検討してきた。さらに固定化イオンとしてスルホ基の密度を変化させた表面モデルを調製し、周辺相互作用の変化を3次元走査型原子間力顕微鏡（3D-AFM）で評価してきた。
今年度は疎水性相互作用に関与していると考えられる水和構造が溶液条件によってどのように変化するのか調べるために、有機溶媒ー水混合液中で固液界面の3D-AFM計測を実施した。その結果、有機溶媒中にわずかに水が存在すると固液界面に単一組成の溶媒中では可視化されない特徴的な溶媒和構造が形成されることを見いだした。混合溶媒中における溶媒和の可視化と疎水性相互作用との相関の理解が一歩前進した。さらにテトラポッド型分子間に可視化された引力分布の解析を進展させた。疎水性相互作用にもとづく分子認識空間として、相互作用力の空間分布や相互作用ポテンシャルのエネルギーランドスケープの理解を深めた。単分子スケールの3D-AFM計測で得られるエネルギー井戸深さの情報が、膨大な数の分子の平均として求まる熱量分析法である等温滴定熱測定(Isothermal Titration Calorimeter: ITC)による自由エネルギー変化とよく一致しており、3D-AFM計測による相互作用力・相互作用ポテンシャルエネルギーが分子間相互作用の定量理解に向けて手法として有用であることを実証できた。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(16 results)
