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多孔性金属錯体を用いた高分子の精密認識・分離

Research Project

Project/Area Number 21H04687
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

植村 卓史  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50346079)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 細野 暢彦  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00612160)
Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥42,640,000 (Direct Cost: ¥32,800,000、Indirect Cost: ¥9,840,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Keywords多孔性金属錯体 / 高分子 / 分離 / MOF / シーケンシング
Outline of Research at the Start

ほとんどの合成高分子は異なる分子量や構造の分布を有する重合体の混合物である。多種多様な高分子鎖が確率的に存在する高分子混合物の中にも、欲しい構造の鎖が一定割合で存在する。それを認識して、精密に分離することができれば、これまでの常識となっていた精密合成による制御から大きなパラダイムシフトが起こる。
本研究では、規則的なナノ空間構造を有する多孔性金属錯体(MOF)を用いることで、「精密高分子認識」という未踏の科学領域を開拓する。MOF空間と高分子鎖との多点相互作用を駆使することで、巨大高分子におけるわずか原子一個レベルの構造違いでさえ見分ける革新的な分析・分離システムを確立する。

Outline of Annual Research Achievements

高分子は多数の小分子(モノマー)が連結した構造をもつ紐状の巨大分子である。生命の遺伝情報を運ぶDNAも複数のモノマーからなる高分子であり、このモノマーの配列に膨大な遺伝情報が記録されている。これまで、DNA等の生体高分子のモノマー配列を読み出す技術(シーケンシング)は発展してきたが、ポリスチレン等の人工的に合成した高分子のモノマーシーケンシングは依然として困難であり、その方法の開発が急務とされていた。一般に、長い紐状の形をもつ高分子はお互いに絡み合い、巨大な糸玉状の形をつくるため、その中に埋没したモノマー配列等の微小な構造情報を認識することは困難である。我々は多孔性金属錯体(MOF)と呼ばれる材料のナノサイズの細孔を高分子のモノマー配列認識に利用することを発想し、一方向のトンネル状の細孔をもつMOFを利用することで、高分子を解きほぐし、引き伸ばしてモノマー配列を認識することが可能になると考えた。
本年度の成果として、MOFが有するナノポアの中にスチレンとビニルピリジンの共重合体を導入することで、合成高分子に存在する特定のモノマー配列を認識することに成功した。また、高分子の構造やモノマー配列の違いにもとづいて、混合物から特定の構造や配列をもつ高分子を選別することにも成功した。本成果は、これまで困難であった合成高分子のモノマーシーケンシングの実現に迫るブレークスルーであり、今後様々な高分子素材開発に貢献するだけでなく、高分子を超大容量の情報記憶メディアとして利用する未来のIT技術にもつながると期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本成果は、これまで有効な方法がほとんどなかった合成高分子のモノマーシーケンシングに筋道を提供し、将来的に高分子を情報メディアとして利用する未来のIT技術への応用が期待される。また、構造にバラツキのない高分子を得る新しい手法として様々な高分子素材の高純度化・高機能化に利用可能であるだけでなく、簡便かつ精密なプラスチック分別法のひとつとして、循環型社会構築への貢献も期待される。

Strategy for Future Research Activity

核酸はわずか4つの塩基(アデニン、シトシン、グアニン、チミン)の配列で全生命情報を記述しているのに対し、現在の合成高分子で利用できるモノマーの数は100を超えている。本手法をされに発展させることで、合成高分子のモノマーシーケンシングを達成し、我々の生活を一変させる情報イノベーションにつなげる。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Decoding Polymer Chains via Gated Inclusion into Flexible Nanoporous Crystals2023

    • Author(s)
      Biplab Manna, Mizuki Asami, Nobuhiko Hosono, Takashi Uemura
    • Journal Title

      Chem

      Volume: 9 Issue: 10 Pages: 2817-2829

    • DOI

      10.1016/j.chempr.2023.05.041

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An approach to MOFaxanes by threading ultralong polymers through metal-organic framework microcrystals2023

    • Author(s)
      Tomoya Iizuka, Hiroyuki Sano, Benjamin Le Ouay, Nobuhiko Hosono, Takashi Uemura
    • Journal Title

      Nature Commun.

      Volume: 14 Issue: 1 Pages: 3241-3241

    • DOI

      10.1038/s41467-023-38835-5

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mixed Metal-Organic Framework Stationary Phases for Liquid Chromatography2022

    • Author(s)
      Kioka Kaoru、Mizutani Nagi、Hosono Nobuhiko、Uemura Takashi
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: - Issue: 4 Pages: 6771-6780

    • DOI

      10.1021/acsnano.2c01592

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Revisiting molecular adsorption: unconventional uptake of polymer chains from solution into sub-nanoporous media2021

    • Author(s)
      Oe Noriyoshi、Hosono Nobuhiko、Uemura Takashi
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 12 Issue: 38 Pages: 12576-12586

    • DOI

      10.1039/d1sc03770f

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Metal-Organic Frameworks as Versatile Media for Polymer Adsorption and Separation2021

    • Author(s)
      Hosono Nobuhiko、Uemura Takashi
    • Journal Title

      Accounts of Chemical Research

      Volume: 54 Issue: 18 Pages: 3593-3603

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.1c00377

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] MOFs to Create Advanced Polymers2022

    • Author(s)
      Takashi Uemura
    • Organizer
      MOF2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] MOFs to Create Advanced Polymers2022

    • Author(s)
      Takashi Uemura
    • Organizer
      44th International Conference on Coordination Chemistry
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] MOFs to Create Advanced Polymers2022

    • Author(s)
      Takashi Uemura
    • Organizer
      Japan US Organic Inorganic Hybrid Materials Workshop
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] MOFを用いた環状高分子と線状高分子の実用的分離法2021

    • Author(s)
      澤山拓、細野暢彦、植村卓史
    • Organizer
      高分子年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] MOFへの幾何学的拘束を利用した高分子の分離2021

    • Author(s)
      水谷凪、細野暢彦、植村卓史
    • Organizer
      高分子年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] MOFナノ空間における配位相互作用を利用した高分子の構造認識2021

    • Author(s)
      浅見 美月、マナ ビプラブ、細野 暢彦、植村 卓史
    • Organizer
      高分子年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] MOFカラムクロマトグラフィーにおける高分子化合物の保持挙動2021

    • Author(s)
      木岡 薫、細野 暢彦、植村 卓史
    • Organizer
      高分子年次大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 多孔性金属錯体を用いたPET集積構造のリフォーメーション2021

    • Author(s)
      武富 大空、細野 暢彦、植村 卓史
    • Organizer
      高分子討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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