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ナノ光学デバイスの創製を目的とした合成超分子集合体とDNA工学の融合

Research Project

Project/Area Number 22KJ0467
Project/Area Number (Other) 21J21037 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

相澤 匠  千葉大学, 融合理工学府, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords自己組織化 / 発光 / 水素結合 / 超分子 / ナノチューブ / ナノシート / OLED / 螺旋 / 自己集合 / 超分子ポリマー / アントラセン / 階層的自己組織化 / DNA
Outline of Research at the Start

人工の分子を用いてナノサイズの構造を作り上げる技術は近年著しい発展を見せており、ナノ構造材料を用いた全く新しい素子や用途への幅広い応用研究が行われています。中でも近年最も発展したナノ構造材料の一つがDNAオリガミです。しかしながら、多くのDNAオリガミの研究は自然が生み出した優秀なDNAを利用した構造開発の域を脱しておらず、なかでも【人工の自己集合分子】と【DNAオリガミ技術】の融合は発展途上の分野といえます。
申請者が所属する研究室では、人工の自己集合分子によってナノサイズのリングやチューブの構築を行ってきました。今回申請者はこの技術とDNA工学を融合させ、全く新しい構造体の構築を目指します。

Outline of Annual Research Achievements

これまで我々は、直線状に拡張されたπ共役バルビツール酸分子の自己集合挙動の調査を行ってきた。それらは低極性溶媒(メチルシクロヘキサン)中において相補的水素結合によって環状六量体(ロゼット)を形成し、このロゼットがπ-π相互作用によって自発的に積層する際に湾曲性を維持しつつ集合することで様々なかたちを持つ超分子ポリマーを形成する。一方で最近、ある限定的な条件下でのみ、分子が1次元状に連結した水素結合パターン(テープ)に由来する結晶性シート状集合体を与えることも見出している。
これまでに私は結晶性シート状集合体を選択的に得るいくつかの分子設計を検討した。かさ高いπ共役系を用いることでロゼット形成を経由した自己集合経路が制限され、テープ形成を経由した発光性の超分子ナノシートを形成することが明らかになった。この成果は、欧州王立化学会の旗艦雑誌であるChemical Science誌に掲載済みである。またバルビツール酸の1つの酸素原子を硫黄原子に置換した2-チオバルビツール酸を水素結合部位に用いることでπ共役系のかさ高さにかかわらず選択的にテープ状水素結合パターンをもつ集合体を得られることが分かった。チオバルビツール酸集合体は、チオカルボニル基の励起状態電荷分離により無発光性であり、先述の強発光性ナノシートとは大きく異なる性質をもつ。この成果は欧州王立化学会の速報誌であるChemical Communications誌に掲載済みである。
さらに最近では強発光性のナノチューブの創出にも成功している。これまでの分子設計によるナノ構造制御の知見を生かし、昨年度はシンプルな分子構造の変化によって、ナノ繊維、ナノ螺旋、ナノチューブなどの構造を調整できる分子設計を確立した。これらの成果は現在論文執筆中である。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ISIS Neutron and Muon Source/Diamond Light Source/Keele University(英国)

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  • [Int'l Joint Research] CEA Saclay, DSM-IRAMIS-SPEC-TITANS(フランス)

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      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Keele University(英国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Supramolecular Polymer Polymorphism: Spontaneous Helix?Helicoid Transition through Dislocation of Hydrogen-Bonded π-Rosettes2023

    • Author(s)
      Otsuka Chie、Takahashi Sho、Isobe Atsushi、Saito Takuho、Aizawa Takumi、Tsuchida Ryoma、Yamashita Shuhei、Harano Koji、Hanayama Hiroki、Shimizu Nobutaka、Takagi Hideaki、Haruki Rie、Liu Luzhi、Hollamby Martin J.、Ohkubo Takahiro、Yagai Shiki
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Issue: 41 Pages: 22563-22576

    • DOI

      10.1021/jacs.3c07556

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Supramolecular polymerization of thiobarbituric acid naphthalene dye2022

    • Author(s)
      Aizawa Takumi、Kawaura Maika、Kajitani Takashi、Hengphasatporn Kowit、Shigeta Yasuteru、Yagai Shiki
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 58 Issue: 67 Pages: 9365-9368

    • DOI

      10.1039/d2cc02984g

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluorescent Nanofibers Self-assembled from a Diphenylanthracene Scissor-shaped Dyad2022

    • Author(s)
      Suda Natsuki, Arima Hironari, Saito Takuho, Aizawa Takumi, Yagai Shiki
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 51 Issue: 7 Pages: 700-703

    • DOI

      10.1246/cl.220193

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluorescent Supramolecular Polymers of Barbiturate Dyes with Thiophene-Cored Twisted π-Systems2022

    • Author(s)
      Maika Kawaura, Takumi Aizawa, Sho Takahashi, Hiroshi Miyasaka, Hikaru Sotome, Shiki Yagai
    • Journal Title

      Chem. Sci.

      Volume: 13 Issue: 5 Pages: 1281-1287

    • DOI

      10.1039/d1sc06246h

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rod and Helical Organic Fiber Structures Revealing Lamellar and Rosette Ordering Pathways in Self-Assembly of Barbiturate Oligothiophene Derivatives2022

    • Author(s)
      Silly Fabien、Kawaura Maika、Aizawa Takumi、Ouchi Hayato、Yagai Shiki
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 126 Issue: 5 Pages: 2780-2787

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c09077

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Wavy supramolecular polymers formed by hydrogen-bonded rosettes2021

    • Author(s)
      Tamaki Kenta、Aizawa Takumi、Yagai Shiki
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 57 Issue: 39 Pages: 4779-4782

    • DOI

      10.1039/d1cc01636a

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Fluorescent Nanotubes Self-assembled from 9,10- Diphenylanthracene Dyads2023

    • Author(s)
      相澤匠、有馬大就、矢貝史樹
    • Organizer
      ⑰The 13th SPSJ International Polymer Conference (IPC2023)
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 9,10-diphenylanthracene色素二量体のナノチューブへの自己集合2022

    • Author(s)
      相澤 匠、有馬大就、矢貝 史樹
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 9,10-diphenylanthracene色素二量体のナノチューブへの階層的自己集合2022

    • Author(s)
      相澤 匠、有馬大就、矢貝 史樹
    • Organizer
      第32回基礎有機化学討論会
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  • [Presentation] 水素結合基の一部不能化による会合経路および経路の制御2021

    • Author(s)
      相澤匠、矢貝史樹
    • Organizer
      第42回光化学若手の会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 2-チオバルビツール酸の特異な水素結合を利用したπ共役分子の自己集合制御2021

    • Author(s)
      相澤匠、矢貝史樹
    • Organizer
      第31回基礎有機化学討論会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 2-チオバルビツール酸の特異な水素結合を利用したπ共役分子の自己集合制御2021

    • Author(s)
      相澤匠、矢貝史樹
    • Organizer
      第11回CSJ化学フェスタ
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素結合基の部分的機能不全による会合経路および集合形態の制御2021

    • Author(s)
      相澤匠、矢貝史樹
    • Organizer
      日本化学会 第102春季年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Control of Aggregation Pathway and Self-Assembled Morphology by Partial Disabling of Hydrogen-bonding Group2021

    • Author(s)
      Takumi Aizawa, Shiki Yagai
    • Organizer
      環太平洋国際会議 (Pacifichem2021)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] YAGAI Research Group

    • URL

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

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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