無機有機ハイブリッドクラスターの集積による多孔性融合マテリアルの創製

• Project Area: Fusion Materials: Creative Development of Materials and Exploration of Their Function through Molecular Control
• Project/Area Number: 25107710
• 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: Waseda University
• Principal Investigator: 下嶋 敦 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (90424803)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2013: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: シリカナノ粒子 / 自己集合 / 多孔体 / 無機有機ハイブリッド / 中空ナノ粒子 / ハードテンプレート法

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、両親媒性オリゴシロキサンの自己集合によるメソ構造体形成と非極性溶媒中への分散に基づく、直径数ナノメートルの有機修飾型シリカ粒子の新しい合成ルートを開拓した。粒径や粒子表面を分子レベルで設計することが可能であり、さらに内部へのゲスト分子の取り込みが可能であるというユニークな特徴を持つ。研究代表者らは過去に、長鎖アルキル基を有するオリゴシロキサンの加水分解･縮重合過程での自己集合によって、ラメラ、二次元ヘキサゴナル、キュービック/テトラゴナルなど様々な無機-有機ハイブリッドメソ構造体が得られることを報告してきた。今回、逆ミセル型のメソ構造体形成を目指し、鎖状オリゴシロキサンにかさ高い有機基が結合した分子を新たに設計した。THF溶媒中、塩酸酸性条件下で加水分解した後の溶液をガラス基板上にキャストすると、溶媒の揮発に伴って自己集合が起こり、分子がシロキサン鎖を内側、アルキル鎖を外側にして逆ミセル状の粒子を形成し、それらが最密充填したメソ構造体が形成された。このメソ構造体はヘキサン中に溶解（分散）し、アルキル鎖を外側に向けたナノ粒子の分散液が得られた。さらに、自己集合過程で親水性の色素分子を共存させることによって、粒子内部に色素が取り込まれることが示唆された。粒子内部への様々なゲスト種の取り込みや、粒子表面の有機基を多様に変化させられる可能性があり、バイオイメージングやDDSなどへの応用が期待される。
また、共同研究成果として、ユニークな形状を有するチタニアやシリカナノ粒子の合成や、球状シリカナノ粒子の自己集合によるリング状集合体の合成にも成功している。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Dendritic Silica Nanoparticles Synthesized by a Block Copolymer-Directed Seed-Regrowth Approach (2015)
  • Author(s): Junzheng Wang, Ayae Sugawara-Narutaki, Atsushi Shimojima, Minoru Osada, Renzhi Ma, Tatsuya Okubo
  • Journal Title: Langmuir Volume: 31 Issue: 5 Pages: 1610-1614
  • DOI: 10.1021/la504955b
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ring Assembly of Silica Nanospheres Mediated by Amphiphilic Block Copolymers with Oxyethylene Moieties (2015)
  • Author(s): Shujun Zhou, Yukari Oda, Atsushi Shimojima, Tatsuya Okubo, Sadahito Aoshima, Ayae Sugawara-Narutaki
  • Journal Title: Polymer Journal Volume: 47 Issue: 2 Pages: 128-135
  • DOI: 10.1038/pj.2014.115
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecularly Designed Nanoparticles by Dispersion of Self-Assembled Organosiloxane-Based Mesophases (2014)
  • Author(s): Shigeru Sakamoto, Yasuhiro Tamura, Hideo Hata, Yasuhiro Sakamoto, Atsushi Shimojima, Kazuyuki Kuroda
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 53 Issue: 35 Pages: 9173-9177
  • DOI: 10.1002/anie.201404515
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis of String-Bean-Like Anisotropic Titania Nanoparticles with Basic Amino Acids (2014)
  • Author(s): Junzheng Wang, John K. Katahara, Akihito Kumamoto, Tetsuya Tohei, Ayae Sugawara-Narutaki, Atsushi Shimojima, Tatsuya Okubo
  • Journal Title: RSC Adv Volume: 4 Issue: 18 Pages: 9233-9234
  • DOI: 10.1039/c3ra47170e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Utilization of alkoxysilyl groups for the creation of structurally controlled siloxane-based nanomaterials (2014)
  • Author(s): Kazuyuki Kuroda, Atsushi Shimo jima, Kazufumi Kawahara, Ryuta ro Wakabayashi, Yasuhiro Tamur a, Yusuke Asakura, Masaki Kitah ara
  • Journal Title: Chemistry of Materials Volume: 26 Issue: 1 Pages: 211-220
  • DOI: 10.1021/cm4023387
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of Monodisperse Organosilica Nanoparticles with Hollow Interiors and Porous Shells Using Silica Nanospheres as Templates (2013)
  • Author(s): Natsume Koike, Takaaki Ikuno, Tatsuya Okubo, Atsushi Shimojima
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 49 Issue: 44 Pages: 4998-5000
  • DOI: 10.1039/c3cc41904e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A New Synthesis of Well-Dispersed, Core-Shell Ag@SiO2 Mesoporous Nanoparticles Using Amino Acids and Sugars (2013)
  • Author(s): Philippe Saint-Cricq, Junzheng Wang, Ayae Sugawara-Narutaki, Atsushi Shimojima, Tatsuya Okubo
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry B Volume: 1 Issue: 19 Pages: 2451-2454
  • DOI: 10.1039/c3tb20210k
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シラノール基を有するかご型シロキサンの結晶化に基づく規則性シリカ構造体の構築 (2015)
  • Author(s): 佐藤尚人, 安部拓矢, 黒田義之, 和田宏明, 黒田一幸, 下嶋 敦
  • Organizer: 日本セラミックス協会2015年年会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2015-03-19
• [Presentation] New Development of Organosilane and Organosiloxane Assembly Toward Designed Hybrid Materials (2014)
  • Author(s): Atsushi Shimojima
  • Organizer: International Conference on Nanostructured Materials for health, energy and environment (ICNM2014)
  • Place of Presentation: Flic-en-Flac (Mauritius)
  • Year and Date: 2014-08-31
  • Invited
• [Presentation] Synthesis of Polydimethylsiloxane- grafted Cubic Siloxanes with Hydrogen Bonding Groups (2014)
  • Author(s): Naoto Sato, Takuya Abe, Yasuhiro Tamura, Kazuyuki Kuroda, Atsushi Shimojima
  • Organizer: The 15th IUMRS-International Conference in Asia (IUMRS-ICA 2014)
  • Place of Presentation: 福岡大学
  • Year and Date: 2014-08-25
• [Presentation] Syntheses of Well-Dispersed Organo-Silica Nanoparticles with Hollow Interiors by Hard Templating
  • Author(s): Atsushi Shimojima, Takaaki Ikuno, Natsume Koike, Ayae Sugawara-Narutaki, Tatsuya Okubo
  • Organizer: 8th International Mesostructured Materials Symposium (IMMS2013)
  • Place of Presentation: Awaji, Japan
• [Presentation] One-pot Synthesis of Monodisperse, Hollow Silsesquioxane Nanoparticles Using Silica Nanospheres as Template
  • Author(s): Atsushi Shimojima, Natsume Koike, Takaaki Ikuno, Tatsuya Okubo
  • Organizer: The XVII International Sol-Gel Conference (Sol-Gel 2013)
  • Place of Presentation: Madrid, Spain
• [Presentation] Synthesis and Applications of Organically Modified Porous Siloxane Nanoparticles
  • Author(s): Atsushi Shimojima
  • Organizer: Pure and Applied Chemistry International Conference 2014 (PACCON2014)
  • Place of Presentation: Khon Kaen, Thailand
  • Invited
• [Presentation] アミノ基を有する両親媒性ブロックコポリマーを用いた中空シリカナノ粒子の合成
  • Author(s): 坪池祥生, 鳴瀧彩絵, 大久保達也, 下嶋 敦, 織田ゆ か里, 青島貞人
  • Organizer: 第3回CSJ化学フェスタ2013
  • Place of Presentation: タワー ホール船堀, 東京
• [Presentation] かご型シロキサンの有機架橋による多孔性ハイブリッドの創製
  • Author(s): 下嶋 敦
  • Organizer: 第32回無機高分子研究討論会
  • Place of Presentation: 東京理科大学
  • Invited