両親媒性ブロックオリゴマーを用いた機能性金属錯体の元素ブロック超分子創成

• Project Area: Creation of Element-Block Polymer Materials
• Project/Area Number: 15H00770
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Sojo University
• Principal Investigator: 黒岩 敬太 崇城大学, 工学部, 教授 (70336006)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 自己組織化 / 元素ブロック超分子 / 両親媒性ポリペプチド / 両親媒性オリゴマー / 磁性金属錯体 / スピンクロスオーバー / 下限臨界共溶温度 / 準安定状態 / 超分子化学 / 高分子構造・物性 / ナノ材料 / 複合材料・物性 / 超分子錯体 / オリゴマー / ポリペプチド / 逆スピン転移 / 磁性錯体 / 両親媒性

Outline of Annual Research Achievements

金属錯体を非共有結合の弱い相互作用を用いて配列し、金属錯体の分子団として機能する材料を開発することは、個々の金属錯体の性質を協同的に発現させるだけでなく、単独では見出されない準安定構造を形成するうえで重要である。
我々はこれまでに、両親媒性ポリペプチドや、両親媒性イソプロピルクリルアミドオリゴマーなどの高分子化合物を用いて、ナノワイヤやナノわらじ、ナノスクエア、ナノ長方体、ナノネットワークなどの構造が形成され、金属錯体がナノ集積化されることを見出してきた。特に、親水部と疎水部を持つ両親媒性ジブロックコポリペプチドは、単純な分子構造やシークエンスであるにも関わらず、弱い分子間相互作用を有しながらアモルファス状に金属錯体を集積できることが明らかとなっている。これらの部分的な配列によってもたらされる準安定的な構造によって、逆スピン転移や、金属-金属間相互作用などの単独な金属錯体とは異なる物性が発現される。
そこで本研究では、両親媒性ブロックポリペプチドと磁性金属錯体との複合化において、単独の両親媒性ジブロックコポリペプチドが本来有しない下限臨界共溶温度（LCST）型相転移を獲得するだけでなく、金属錯体が水溶液中でスピンクロスオーバー現象を発現し、それらの相乗効果について評価した。
本年度は、スピンクロスオーバー現象の温度変化やLCST型相転移現象について、両親媒性ブロックポリペプチドと金属錯体の複合体からもたらされるナノ構造の相違が起因していることを見出した。さらにそれらの構造変化は、両親媒性ポリペプチドの親水性・疎水性のバランス、それらからもたらされる水和状態の変化がファクターとして考えられる。よって、両親媒性ポリペプチドの組成やそれらから形成されるナノ構造体、並びにそれらの集積状態を制御することにより、金属錯体の電子状態とマクロな溶液物性を制御できることが期待される。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of California, Los Angeles(米国)
• [Int'l Joint Research] カルフォルニア大学ロサンゼルス校(米国)
• [Journal Article] Development of hybrid diblock copolypeptide amphiphile/magnetic metal complexes and their spin crossover with lower-critical-solution-temperature (LCST)-type transition (2017)
  • Author(s): Arie Tsubasa, Soichi Otsuka, Takahiro Maekawa, Ryota Takano, Shinichi Sakurai, Timothy J. Deming, Keita Kuroiwa
  • Journal Title: Polymer Volume: in press Pages: 347-355
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2016.12.079
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Supramolecular architectures self-assembled using long chain alkylated spin crossover cobalt(II) compounds (2017)
  • Author(s): Akiyoshi, R.; Kuroiwa, K.; Amolegbe, S. A.; Nakaya, M.; Ohtani, R.; Nakamura, M.; Lindoy, L. F.; Hayami, S.
  • Journal Title: Chem. Commmun. Volume: in press Issue: 34 Pages: 4685-4687
  • DOI: 10.1039/c7cc01501a
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Morphological Control of Hybrid Amphiphilic Poly(N-isopropylacrylamide)/Metal Cyanide Complexes (2016)
  • Author(s): Kuroiwa, K,; Koga, Y.; Ishimaru, Y.; Nakashima, T.; Hachisako, H.; Sakurai, S.
  • Journal Title: Polymer J. Volume: in press Issue: 6 Pages: 729-739
  • DOI: 10.1038/pj.2016.13
  • NAID: 40020837318
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Supramolecular control of reverse spin transitions in cobalt(II) terpyridine complexes with diblock copolypeptide amphiphiles (2015)
  • Author(s): Keita Kuroiwa, Tsubasa Arie, Shinichi Sakurai, Shinya Hayami, Timothy J. Deming
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 3 Issue: 30 Pages: 7779-7783
  • DOI: 10.1039/c5tc00677e
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Self-assembly of Amphiphilic POSS Anchoring a Short Organic Tail with Uniform Structure (2015)
  • Author(s): Misaki Takeda, Keita Kuroiwa, Masaya Mitsuishi, and Jun Matsui
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 44(11) Issue: 11 Pages: 1560-1562
  • DOI: 10.1246/cl.150680
  • NAID: 130005108070
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Graphene oxide and reduced graphene oxide hybrids with spin crossover iron(III) complexes (2015)
  • Author(s): Y. Murashima, M. R. Karim, N. Saigo, H. Takehira, R. Ohtani, M. Nakamura, M. Koinuma, L. F. Lindoy, K. Kuroiwa, S. Hayami
  • Journal Title: Inorg. Chem. Front. Volume: 2 Issue: 10 Pages: 886-892
  • DOI: 10.1039/c5qi00097a
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coal Oxide as a Thermally Robust Carbon-Based Proton Conductor (2015)
  • Author(s): Hatakeyama, K.; Ogata, C.; Koinuma, M.; Taniguchi, T.; Hayami, S.; Kuroiwa, K.; Matsumoto, Y.
  • Journal Title: ACS Appl. Mater. Int. Volume: 7 Issue: 41 Pages: 23041-23046
  • DOI: 10.1021/acsami.5b06470
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 生体由来の両親媒性化合物と金属錯体の複合化と機能 (2017)
  • Author(s): 黒岩敬太
  • Organizer: 高分子学会九州支部フォーラム
  • Place of Presentation: 熊本大学（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2017-01-20
  • Invited
• [Presentation] Development of hybrid diblock copolypeptide amphiphile/magnetic metal complexes and their spin crossover with lower-critical-solutiontemperature(LCST)-type transition (2017)
  • Author(s): Tsubasa, A.; Otsuka, S.; Deming, T. J.; Sakurai, S.; Kuroiwa, K.
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Polymeric Materials Based on Element-Blocks
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2017-01-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 両親媒性ポリペプチドを用いた金属錯体の元素ブロック超分子創成 (2016)
  • Author(s): 黒岩敬太
  • Organizer: 2016年日本化学会中国四国支部大会
  • Place of Presentation: 香川大学（香川県高松市）
  • Year and Date: 2016-11-05
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性化合物（界面活性剤）で電子材料・医薬品を創る (2016)
  • Author(s): 黒岩敬太
  • Organizer: 崇城大学特別講演会
  • Place of Presentation: KKRホテル熊本（熊本県熊本市）
  • Year and Date: 2016-10-21
  • Invited
• [Presentation] トマト由来のステロイドアルカロイド配糖体と機能性金属錯体の複合化と特異的ナノ構造の創成 (2016)
  • Author(s): 遠原颯太，大塚創一，田中泰彬, 池田剛, 黒岩敬太
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学横浜キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-09-14
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性ジブロックコポリペプチド/磁性金属複合体によるLCST型相転移を有するスピン転移の発現 (2016)
  • Author(s): 大塚創一，有江翼，黒岩敬太
  • Organizer: 第53回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（福岡県北九州市）
  • Year and Date: 2016-07-02
• [Presentation] ヒスチジンを有する両親媒性ポリペプチドの合成と特異的ナノ構造の創成 (2016)
  • Author(s): 黒木香澄，山下純也，高野良太，黒岩敬太
  • Organizer: 第53回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（福岡県北九州市）
  • Year and Date: 2016-07-02
• [Presentation] ハブ毒由来のタンパク質を用いた自己組織化構造とナノ構造の評価 (2016)
  • Author(s): 嶋木信仁，吉澤舞，上田直子，黒岩敬太
  • Organizer: 第53回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（福岡県北九州市）
  • Year and Date: 2016-07-02
• [Presentation] 両親媒性ジブロックコポリペプチドによるMnTPP錯体の組織化とその特性 (2016)
  • Author(s): 塚本大貴，松島弥咲，黒岩敬太
  • Organizer: 第53回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（福岡県北九州市）
  • Year and Date: 2016-07-02
• [Presentation] トマト由来のステロイドアルカロイド配糖体と発光性金属錯体の複合化と特異的ナノ構造の創成 (2016)
  • Author(s): 遠原颯太，田中泰彬，石丸裕也，池田剛，黒岩敬太
  • Organizer: 第53回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（福岡県北九州市）
  • Year and Date: 2016-07-02
• [Presentation] Supramolecular control of optical and magnetic properties (reverse spin transitions) in functional metal complexes with diblock copolypeptide amphiphiles (2015)
  • Author(s): Kuroiwa, K
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • Place of Presentation: Hawaii Convension Center (Honolulu, USA)
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Supramolecular control of reverse spin transitions in magnetic metal complexes with diblock copolypeptide amphiphiles (2015)
  • Author(s): 黒岩敬太
  • Organizer: 第25回日本MRS年次学会
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-12-08
• [Presentation] Self-assembly of metal ions using amphiphilic diblock copolymers toward the development of soft nanomaterials (2015)
  • Author(s): Ishimaru, Y.; Kuroiwa, K
  • Organizer: 28th International Symposium on Chemical Engineering
  • Place of Presentation: Lamada Hotel (Jejudo, Korea)
  • Year and Date: 2015-12-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 両親媒性ポリマー、オリゴマー、低分子を用いた金属錯体の自己集積とその機能 (2015)
  • Author(s): 黒岩敬太
  • Organizer: 第59回湘北地区懇話会・第10回相模ケイ素・材料フォーラム
  • Place of Presentation: 東京工業大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-07-24
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性ブロックポリペプチドとコバルト(Ⅱ)錯体の複合化による逆スピン転移挙動の制御 (2015)
  • Author(s): 有江翼、速水真也、黒岩敬太
  • Organizer: 第52回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(福岡県北九州市）
  • Year and Date: 2015-06-27
• [Presentation] 両親媒性ブロックコポリマーと金属イオンの集積化によるナノファイバー並びにナノ粒子組織体の構築 (2015)
  • Author(s): 石丸裕也、黒岩敬太
  • Organizer: 第52回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場(福岡県北九州市）
  • Year and Date: 2015-06-27
• [Presentation] ブロックコポリペプチドと金属錯体の複合化による特異的ナノ構造体の創成と機能 (2015)
  • Author(s): 黒岩敬太, 有江翼, 石丸裕也, 速水真也, 櫻井伸一
  • Organizer: 第64回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-05-27
• [Presentation] 両親媒性ブロックポリペプチドによる磁性金属錯体の集積固定化と磁性制御 (2015)
  • Author(s): 有江翼, 速水真也, 黒岩敬太
  • Organizer: 第64回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-05-27
• [Presentation] N-イソプロピルアクリルアミドとビニルピロリドンを有するブロックポリマーによる金属イオンの集積化 (2015)
  • Author(s): 石丸裕也, 古閑裕子, 黒岩敬太
  • Organizer: 第64回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-05-27
• [Presentation] 短シルセスキオキサン誘導体からなるハイブリッドイオン伝導材料 (2015)
  • Author(s): 武田美沙希, 松井淳, 黒岩敬太, 三ツ石方也
  • Organizer: 第64回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-05-27
• [Book] Supramolecular Metal Complexe Nanoarchitectures via Various Amphiphiles in “Stimuli-responsive interfaces: fabrication and application (2017)
  • Author(s): Kuroiwa, K 他
  • Total Pages: 312
  • Publisher: Springer
• [Book] Stimuli-responsive interfaces: fabrication and application (2016)
  • Author(s): Kuroiwa, K
  • Publisher: Springer
• [Book] 元素ブロック高分子―有機-無機ハイブリッド材料の新概念― (2015)
  • Author(s): 黒岩敬太
  • Total Pages: 270
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 自己組織化マテリアルのフロンティア (2015)
  • Author(s): 黒岩敬太
  • Total Pages: 336
  • Publisher: フロンティア出版
• [Remarks] 崇城大学工学部ナノサイエンス学科 黒岩研究室
  • URL: http://www.nano.sojo-u.ac.jp/nano-Lab/
• [Remarks] 黒岩研究室ホームページ
  • URL: http://www.nano.sojo-u.ac.jp/nano-Lab/Kuroiwa/