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Development of Curved Nanowires and Their Application to Nanotechnology

Research Project

Project/Area Number 22H00331
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 InstitutionChiba University

Principal Investigator

矢貝 史樹  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (80344969)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 樫田 啓  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (30452189)
五月女 光  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (60758697)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2025)
Budget Amount *help
¥43,420,000 (Direct Cost: ¥33,400,000、Indirect Cost: ¥10,020,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2022: ¥24,440,000 (Direct Cost: ¥18,800,000、Indirect Cost: ¥5,640,000)
Keywordsナノワイヤー / ナノ構造 / 超分子ポリマー / 自己集合 / 超分子 / 自己組織化 / 有機ナノチューブ / ナノテクノロジー / 機能性材料
Outline of Research at the Start

本研究は、均一な曲率で湾曲する直径10nm程度のナノワイヤー(湾曲ナノワイヤー)を用いて多様な微小構造体を創成し、それらを変形させることで従来不可能であったメゾスケール領域での物質操作を実現する。リング、ラセン、ウェーブ、チェーン等の多様な微小構造体を有し、内部に光に応答する分子を組み込むことで、これらの構造体の変形を実現する。また、複数の構造体をメカニカルに連結することで、伸縮や反復運動などさらに複雑な動きを実現する。さらにDNA類似分子を用いて湾曲ナノワイヤーを創成することで、原理の一般化を検討する。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度は、メゾスケールロタキサンの「軸」となるナノワイヤー材料の開発を進めた。ナノワイヤーには剛性が必要であるため、分子の自己組織化の形態をチューブ状にする手法がふさわしい。そこで、当該研究室の主要分子骨格であるバルビツール酸系とハサミ型分子系の双方でチューブ状超分子ポリマーの創成に取り組んだ。新規分子デザインによって、発光性のアントラセンナノチューブ並びに励起子輸送能が期待されるクロロフィルナノチューブの合成に成功した。さらにこれらの材料は、形成時および形成してから時間発展的に螺旋構造を誘起することが原子間力顕微鏡観察および円二色性吸収スペクトルにより見出された。これは予想外の結果であり、今後この螺旋形成のメカニズムについて深く検討していく予定である。メゾスケールロタキサンの形成には螺旋表面での二次核形成を利用する。螺旋構造によって表面形状が変化するため、二次核形成の挙動も変化すると考えられる。
分担者である五月女は、ロタキサンの「環」となるナノリングの発光挙動について、時間分解傾向スペクトル測定を実施した。その結果、ナノリングの発光量子収率が対応する鎖状構造よりも高くなるメカニズムを解明することに成功した。現在論文を共同で執筆中である。
分担者である樫田は、六重螺旋構造を利用したナノワイヤーを調製するための配列合成を行った。人工核酸の鎖長を変化させて融解温度を測定したところ、鎖長に応じて安定性が変化することがわかった。現在これをナノワイヤー化するための条件検討を行っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

螺旋形成、正確には原子間力顕微鏡による螺旋構造の時間発展的形成に関しては、予想外の発見と言える。本来の目的であるメゾスケールロタキサンに関しては収率よく合成する手法をまだ見出すことができていないが、螺旋構造形成は非常に重要な科学的な発見であり、まずはそのメカニズムを解明していく予定である。

Strategy for Future Research Activity

今後は、両ナノチューブ材料における螺旋形成のメカニズムを探ることを第一の目的とする。メゾスケールロタキサンの形成には螺旋表面での二次核形成制御が重要となる。螺旋構造によって表面形状が異なるため、この課題は非常に重要な研究項目となる。実際の手法としては、円二色性吸収スペクトルや分担者との共同による過渡吸収測定、時間分解発光測定等を予定している。また、ナノファイバー材料の水溶性化にも取り組み、分担者との共同による人工核酸塩基との融合に関しても精力的に研究を進める。

Report

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

    (67 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 1 results) Presentation (55 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 14 results) Remarks (1 results)

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  • [Presentation] Photo-control of hydrogen-bonded supramolecular polymorphism2022

    • Author(s)
      Kenta Tamaki, Shiki Yagai
    • Organizer
      17th International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments (SNCPP22)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spiral Supramolecular Polymers Exhibiting Inversion of Supramolecular Chirality2022

    • Author(s)
      Mei Tochibori, Sougata Datta, Shiki Yagai
    • Organizer
      17th International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments (SNCPP22)
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    • Author(s)
      Chie Otsuka, Sho Takahashi, Shiki Yagai
    • Organizer
      17th International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments (SNCPP22)
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  • [Presentation] 核酸の多様化を目指した人工核酸の開発2022

    • Author(s)
      樫田啓
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      第9回バイオ関連化学シンポジウム若手フォーラム
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultrafast Formation of Long-Lived Charge-Separated State at High Energy Level by Two-Photon Ionization2022

    • Author(s)
      Hikaru Sotome, Tomomi Kawakami, Masafumi Koga, Hiroshi Miyasaka
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Photocyclization Reaction Dynamics of Inverse Diarylethenes2022

    • Author(s)
      Hikaru Sotome, Daichi Kitagawa, Shota Hamatani, Seiya Kobatake, Hiroshi Miyasaka
    • Organizer
      28th IUPAC Symposium on Photochemistry
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子集合体のメゾ・マクロスケール構造追跡に向けた低波数ラマン顕微鏡の開発2022

    • Author(s)
      五月女 光, 尾座本 晋, 宮坂 博
    • Organizer
      2022年光化学討論会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 2A/1A円錐交差を経由せず励起状態で完結する光誘起6π電子環状反応のダイナミクス研究2022

    • Author(s)
      五月女 光, 北川 大地, 濱谷 将太, 水田 健仁, 小畠 誠也, 宮坂 博
    • Organizer
      第16回分子科学討論会 2022横浜
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Ultrafast Dynamics of Product Formation in 6p Electrocyclic Reactions of Photochromic Diarylethene Derivatives2022

    • Author(s)
      Hikaru Sotome
    • Organizer
      International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC 2022)
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 矢貝研究室ホームページ 研究内容

    • URL

      http://chem.tf.chiba-u.jp/~yagai/research/

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Published: 2022-04-19   Modified: 2025-06-20  

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