2021 Fiscal Year Annual Research Report
Emergence of autonomous functions through hierarchical integration of molecular engines
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
18H05423
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
角五 彰 京都大学, 理学研究科, 教授 (10374224)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
景山 義之 北海道大学, 理学研究院, 助教 (90447326)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 生体発動分子 / 人工発動分子 / 集団運動 / 時空間制御 / アゾベンゼン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体分子モーターは優れた運動効率、高い比出力を備えた生体由来の発動分子（生体発動分子）である。この発動分子を動力源としたアクチュエーターの開発が各国で盛んに行われている。しかし、依然として実用化への道のりは遠いのが現状である。その理由として発動分子の決定論的な動作が保障されていない、耐久性や熱安定性が低い、ダイナミクスを制御・操作する技術が確立されていないなどの要因がある。そこで本研究では生体分子モーターに人工修飾を加えたハイブリッド型生体発動分子を創出・集積し,集団で機能するエネルギー変換素子の創成を目指す。併せて人工の発動分子の集団エネルギー変換系の構築に取り組み、時空間的階層性を有した分子運動系の基礎学理構築を目指す。
本年度は、昨年度までに創出したハイブリッド分子を用いて、目的物質をドラッグ＆ドロップする方法論を確立した。さらに不均一な反応場環境の構築により、位置選択的な物質運搬・輸送システムの構築に向けた研究にも着手した。人工発動分子の集団化によるエネルギー変換系の学理構築に向けた取り組みでは、前年度までに実現した微粒子のゆっくりとした受動遊走についての運動解析を進めた。微粒子の短時間での運動速度が熱運動による速度と近いことが判明したことから、この物体運搬系の起源が、物体の熱運動に対して、発動分子が方向性を与えるという機構で起きているのではないかという仮説を立てた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画で予定していたハイブリッド分子を用いて、目的物質をドラッグ＆ドロップする方法論を確立し、さらに不均一な反応場環境の構築により、位置選択的な物質運搬・輸送システムの構築に向けた研究にも着手しできたこと。また人工発動分子の集団化によるエネルギー変換系の学理構築に向けた取り組みでは、微粒子のゆっくりとした受動遊走についての運動解析を進め新たな仮説を構築するに至ったため概ね順調に進展したと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、１）二次元界面を足場とした生体発動分子の運動発現系の確立、２）生体発動分子の集団運動発現系の確立、３）生体発動分子による物質輸送システムを確立することで標的物質を集団で輸送し機能的な組織体へと組み上げる集積場を提供する。さらに得られた知見をもとに４）人工分子による自律集団運動を実現することを目的としている。次年度は、ハイブリッド分子を用いて、目的物質をドラッグ＆ドロップする方法論の効率など系統的に評価する。さらに不均一な反応場環境の構築により、位置選択的な物質運搬・輸送システムの確立も目指す。人工発動分子の集団化によるエネルギー変換系の学理構築に向けた取り組みとして、次年度は、「物体遊走系についてのとりまとめ」に加え、サブテーマとして研究を進めてきた「光駆動発動分子の巨視的運動様態についての考察」および「水中のソフトマターに介在する水分子ダイナミクスの計測研究」について、その周辺研究をまとめていく。
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