分子ロボットアームとしての高速大振幅な自発伸縮系の構築

• Project Area: Development of Molecular Robots equipped with sensors and intelligence
• Project/Area Number: 15H00824
• 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: Nagasaki University
• Principal Investigator: 相樂 隆正 長崎大学, 工学研究科, 教授 (20192594)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2016: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2015: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 分子集合組織体 / 超薄膜 / 電位駆動ダイナミクス / 高分子構造・物性 / 金属ナノ粒子 / ヒドロゲル / 接触角 / 蛍光顕微測定

Outline of Annual Research Achievements

電気化学駆動できるロボット原形体の動きに焦点を絞った研究を推進した。この目的のため、電極表面上の油滴、酸化還元相転移で可逆伸縮するヒドロゲル、及びこれらに組み込むための動的ナノ粒子集合体をターゲットとした。
金単結晶Au(111)電極表面上に載せたヘキサデカン(HD)及び1,2-ジクロロエタン(DCE)小滴の変形を電位制御するファクターを精査した。いずれの油滴においても、水相中にAu電極に特異吸着するアニオンを溶解すると、接触角変化範囲が拡大し、ポジティブな電位領域での接触角上昇が際立った。少量のHDは微小滴を形成し、電極表面に展開する条件を持たなかった。界面活性剤の添加は、HD滴の変形のヒステリシスを抑制したが、動きを遅くした。DCEは水と混ざり合わないが高い相溶性をもつ。DCEに電解質を加えると、動きはスムーズになった一方で、接触角変化幅は小さくなった。これらの観測のため、in situ電気化学蛍光顕微測定法を発展させた。
ポリ-L-リジンにビオロゲンをペンダントし、これを架橋して、様々なビオロゲン含有率をもつヒドロゲルを合成した。ビオロゲンは、還元するとほとんどが狙い通りにダイマー化し、集積化することを示唆するデータが得られた。ゲルは良好な電気化学応答を示したが、電極からの電子移動による状態伝搬には改善の余地があり、その高速性向上の課題が残った。2 mm程度のゲル断片は、還元剤と酸化剤により5分以内で膨張・収縮が飽和した。最大、長さスケールで3/10までの収縮が確認され、分子ロボットのアームの柄となる材料としての十分な特性を持つことがわかった。
電極からの電子注入で電荷を変化させる金ナノ粒子(Au-NP)集合体を合成する試みを行った。安定な電子移動と静電反発を実現させ、上記のゲルに組み込める可能性を示唆した。

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

• [Journal Article] 水中の電極表面上における油滴や油相の電位制御 (2017)
  • Author(s): 相樂隆正、諸岡哲朗、河野有映、村川翔馬、許斐 梓、吉永優汰、田原弘宣
  • Journal Title: 信学技報 Volume: 116 Pages: 9-11
• [Journal Article] Potential-dependent morphological change of n-hexadecane small droplets on a Au(1 1 1) electrode in aqueous solution: A voltammetric and electrochemical fluorescence microscopic study (2016)
  • Author(s): Tetsuro Morooka, Shoma Murakawa, Azusa Konomi, Daisaku Goto, Takamasa Sagara
  • Journal Title: Journal of Electroanalytical Chemistry Volume: 779 Pages: 25-33
  • DOI: 10.1016/j.jelechem.2016.05.040
  • NAID: 120006987631
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 小さな電圧で液滴の大きな動きを狙う―低電圧で実現するエレクトロウェッティング (2016)
  • Author(s): 諸岡哲朗, 相樂隆正
  • Journal Title: 化学 Volume: ７１ Pages: 66-67
• [Presentation] パーフルオロアルキル部位をもつ酸化還元活性カチオン種をプローブとしたNafion膜内のミクロ化学環境解明へのアプローチ (2017)
  • Author(s): 綾部達也、田原弘宣、相樂隆正
  • Organizer: 電気化学会第84回大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2017-03-25
• [Presentation] Au単結晶電極上のヘキサデカン液滴が示す共存物質に影響された形態変化 (2017)
  • Author(s): 諸岡哲朗、田原弘宣、相樂隆正
  • Organizer: 電気化学会第84回大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2017-03-25
• [Presentation] ビオロゲン部位を組み込んだ酸化還元活性ヒドロゲルの合成と挙動解析 (2017)
  • Author(s): 王 博、田原弘宣、相樂隆正
  • Organizer: 電気化学会第84回大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2017-03-25
• [Presentation] 1,2-ジクロロエタン小滴のAu(111)電極/水溶液界面における動的電位応答 (2017)
  • Author(s): 河野有映、田原弘宣、相樂隆正
  • Organizer: 電気化学会第84回大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2017-03-25
• [Presentation] 水中の電極表面上における油滴や油相の電位制御 (2017)
  • Author(s): 相樂隆正、諸岡哲朗、河野有映、村川翔馬、許斐 梓、吉永優汰、田原弘宣
  • Organizer: 有機エレクトロニクス研究会（OME 2016-74）
  • Place of Presentation: 長崎県美術館（長崎県長崎市）
  • Year and Date: 2017-01-28
• [Presentation] 水中の金単結晶表面において電位でコントロールされた油滴の変形：ヘキサデカン及び1,2-ジクロロエタンの挙動 (2016)
  • Author(s): 相樂隆正、諸岡哲朗、河野有映、吉永優汰
  • Organizer: 第62回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
  • Place of Presentation: 宮古島市中央公民館大ホール（沖縄県宮古島市）
  • Year and Date: 2016-11-19
• [Presentation] パーフルオロアルキル部位をもつカチオン種はNafion膜中の電気化学反応場のプローブとなり得るか (2016)
  • Author(s): 綾部達也、相樂隆正
  • Organizer: 第62回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
  • Place of Presentation: 宮古島市中央公民館大ホール（沖縄県宮古島市）
  • Year and Date: 2016-11-19
• [Presentation] Au(1 1 1)電極上ヘキサデカン液滴の電位に依存した形状変化に対する特異吸着アニオン効果 (2016)
  • Author(s): 諸岡哲朗、田原弘宣、相樂隆正
  • Organizer: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道教育大学旭川校（北海道旭川市）
  • Year and Date: 2016-09-23
• [Presentation] Potential-Dependent Behavior of Hexadecane Droplets on Au Electrode Surfaces (2016)
  • Author(s): Tetsuro Morooka, Hironobu Tahara, Takamasa Sagara
  • Organizer: The XIVth International Conference on Electrified Interfaces
  • Place of Presentation: Changi Cove Conference Centre (Singapore)
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrochemistry of Viologens: New Perspectives (2016)
  • Author(s): Takamasa Sagara、Hironobu Tahara, Tomohiro Higashi, Daiki Kubota, Masaki Toyohara, Bo Wang
  • Organizer: The XIVth International Conference on Electrified Interfaces
  • Place of Presentation: Changi Cove Conference Centre (Singapore)
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electrochemistry of Viologens: New Perspectives (2016)
  • Author(s): Takamasa Sagara、Hironobu Tahara, Tomohiro Higashi, Daiki Kubota, Masaki Toyohara, Bo Wang
  • Organizer: The XIVth International Conference on Electrified Interfaces
  • Place of Presentation: Changi Cove (Singapore)
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Potential-Dependent Behavior of Hexadecane Droplets on Au Electrode Surfaces (2016)
  • Author(s): Tetsuro Morooka, Hironobu Tahara, Takamasa Sagara
  • Organizer: The XIVth International Conference on Electrified Interfaces
  • Place of Presentation: Changi Cove (Singapore)
  • Year and Date: 2016-07-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 金電極上のヘキサンデカン液滴の電位応答‐電極表面構造及び電解質の効果 (2016)
  • Author(s): 諸岡哲朗、田原弘宣、相樂隆正
  • Organizer: 電気化学会第83回大会
  • Place of Presentation: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2016-03-31
• [Presentation] Dynamics at electrified interface: Phase transition of viologen monolayer and morphological change of hexadecane droplet (2016)
  • Author(s): Takamasa Sagara
  • Organizer: Invited Seminar, Department Chemistry, Lakehead University
  • Place of Presentation: Thunder Bay, Ontario (Canada）
  • Year and Date: 2016-03-24
  • Invited
• [Presentation] 界面活性剤存在下でのAu電極表面上の長鎖アルカン液膜・液滴の電位応答挙動 (2015)
  • Author(s): 諸岡哲朗、田原弘宣、相樂隆正
  • Organizer: 第61回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
  • Place of Presentation: イーグレひめじ（兵庫県姫路市）
  • Year and Date: 2015-11-24
• [Presentation] Regulation of Dynamics of Oil-Droplets and Molecular Assemblies at Electrified Interfaces (2015)
  • Author(s): Takamasa Sagara、Tetsuro Morooka、Hironobu Tahara
  • Organizer: CBI学会2015年大会（分子ロボティクスシンポジウム2015）
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2015-10-27
• [Presentation] Au(111)電極上ヘキサデカン液滴の電位応答：界面活性剤共存下での蛍光顕微鏡追跡 (2015)
  • Author(s): 諸岡哲朗、田原弘宣、相樂隆正
  • Organizer: 第66回コロイドおよび界面化学討論会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2015-09-11
• [Remarks] 長崎大学 動的分子化学研究室
  • URL: http://www.cms.nagasaki-u.ac.jp/lab/douteki/jp/index.html
• [Remarks] 長崎大学 動的分子化学研究室
  • URL: http://www.cms.nagasaki-u.ac.jp/lab/douteki/jp/index.html