ニオイ分子を選別・視覚認知できる人工嗅覚受容体の創製

Research Project

Project/Area Number	21J11055
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	国内
Review Section	Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	矢野喜男九州大学, 工学府, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY)	2021-04-28 – 2022-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords	ニオイセンサ / 固体発光材料 / 分子認識 / ナフタレンジイミド
Outline of Research at the Start	感性として表現される「ニオイ」を物理量、化学量など科学的に定量、定性できる量としてその定義法は未だ確立されていない。そこで本研究では、感性として表現されるニオイを可視化し視覚情報で識別可能とする光学ニオイセンサの開発を目指す。具体的にはニオイ分子との相互作用によって分子のコンフォメーション変化に起因した呈色・発光色変化を示す有機色素（人工嗅覚受容体）の網羅的な合成に取り組む。多種多様な人工嗅覚受容体の分子認識能・光学機能を駆使したニオイ分子の選別・視覚化を可能とするセンサを創製する。
Outline of Annual Research Achievements	動物の鼻に存在する嗅覚受容体は、何十種類もの混合気化物質の組成と強度の相違・類似性を「ニオイ」という尺度で評価する「ニオイセンサ」として機能する。しかし、「ニオイ」は感性として取り扱われることが多く、科学的に定量、定性できる量としてニオイを定義する方法は未だ確立されていない。そこで本研究では視覚的にニオイ分子を認識するニオイセンサの開発を目指した。有機色素の分子認識機能と光学機能の二つの特性に着目し、生物の嗅覚受容体を模倣した人工嗅覚受容体（有機色素）による天然を凌駕するシステムの構築を狙った。本年度はキラルな人工嗅覚受容体の合成と、人工嗅覚受容体の有機小分子に対する光学特性変化の評価の2つを主に実施した。まずキラルな人工嗅覚受容体の合成では、不斉中心を有するシクロヘキシル基やシクロペンチル基を導入したナフタレンジイミド誘導体を合成した。円二色性スペクトルを示したことから光学特性へのキラリティの反映が確認された。続く電子的特性の異なる様々な芳香族置換基を導入したことによって緑色や黄色といった多色発光が観測され光学特性の変調が容易であることを明らかとした。また人工嗅覚受容体の有機小分子に対する光学特性変化の評価では、固体粉末状態の人工嗅覚受容体5種類に対して酢酸エチルや酢酸ブチルや(+)-リモネン（それぞれパイナップルやリンゴやレモンに含まれる成分）などのニオイ分子の飽和蒸気を曝露させた。その結果、一部の人工嗅覚受容体は酢酸エチルや酢酸ブチルの蒸気に対して吸収と発光スペクトルの短波長シフトを示すことが明らかとなった。光学特性変化のメカニズムを調べるために常温で液体のニオイ分子中へと人工嗅覚受容体の固体粉末試料を浸漬させたところ、浸漬によってもニオイ分子がゲストとして結晶構造中へと包接され、呈色・発光色変化が誘起されることを見出した。
Research Progress Status	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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。