2016 Fiscal Year Annual Research Report
Construction of Photoresponsive Supramolecular Composite Systems
| Project Area | Application of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions |
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26107012
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| Research Institution | Ryukoku University |
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Principal Investigator |
内田 欣吾 龍谷大学, 理工学部, 教授 (70213436)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横島 智 東京薬科大学, 薬学部, 教授 (00532863)
辻岡 強 大阪教育大学, 教育学部, 教授 (30346225)
緒方 浩二 国立研究開発法人理化学研究所, イノベーション推進センター, 研究員 (40265715) [Withdrawn]
諫田 克哉 国立研究開発法人理化学研究所, イノベーション推進センター, 研究員 (10169790)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | フォトシナジェチックス / フォトクロミズム / ジアリールエテン / 分子集合体 / 結晶成長 / ロータス効果 / 超撥水性 / 超親水性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
A03班では、分子構造・集合体構造の変化に基づく機能開拓と機構解明を目的として研究を進めている。我々は、光照射によりジアリールエテンのフォトクロミズムによって表面に結晶成長を誘起するシステムを用いた表面機能創製について研究を行ってきた。
今年度は、光照射により超親水性表面を形成するジアリールエテン誘導体の合成と、それを用いた可逆的な超親水性発現とその機構解明に成功した。この成果は、イギリス化学会(RSC)のChem. Commun.誌に掲載され、そのバックカバーを飾った他、朝日新聞(2016年7月28日朝刊 大阪本社版)、京都新聞(2016年6月9日(Web版)，10日(朝刊))で報道された。
一方、ハスの葉は、その表面が直径10数ミクロンの突起で覆われ、その各々が直径0.2ミクロン、長さ数ミクロンの油脂のロッドで覆われたダブルラフネス構造をしていることが、その超撥水性、セルフクリーニング特性として知られるロータス効果の元になっている。そのダブルラフネス構造をジアリールエテンの光誘起結晶成長を利用して模倣し、この人工の微結晶膜がハスの葉と同様のロータス効果を示すことを確認した。この成果は、アメリカ化学会の論文誌J. Am. Chem. Soc．誌に掲載され、やはり朝日新聞朝刊(2016年8月27日滋賀版)と京都新聞朝刊(2016年8月27日)で一般の方々へ公知された。
そのほか、ジアリールエテン結晶で、光を照射すると結晶がバラバラに砕け散るフォトサリエント効果についても新たな分子系を見出し、Chem. Eur. J.誌に発表した。
このように、今年度は大きな成果発表をすることができ、研究成果を一般の方々へ還元することもできた。
一方で、超分子ゲルの研究は、合成が上手くいかず、進展できていないテーマもあった。これらについては、担当学生を代えて次年度に試みる。
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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
結果の概要で述べたように、超撥水性と超親水性という二つの相反する特性をもつ表面の作成に成功した他、ハスの葉のダブルラフネス構造のような複雑な形状も模倣し、その表面物性を再現することに成功した。また、当初予想していなかったフォトサリエント効果を示す化合物を見出した。その後の研究で、このフォトサリエント効果はフォトクロミック結晶が中空構造をしているためであることが判明し、現在、この部分を論文に執筆中である。
また、新たに凸凹表面を利用した表面プラズモン共鳴が起こる場を作成する可能性について検討を始めた。2016年度、我々は、様々なジアリールエテン誘導体について開環体と閉環体の結晶癖とそれらの相図を求め、結晶癖が光照射で微結晶表面上に生成する結晶形であることを確認し、さらに温度により結晶サイズを制御できることも確認した。しかし、現在、エピタキシャル結晶成長に関しては、新しい誘導体を見出せずにいる。
一方、結晶中で強い蛍光を示すフォトクロミックジアリールエテンの報告が活発化しており、この蛍光性結晶を規則正しく並べることで、超放射現象を示す可能性を検討する準備ができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
A03班では、分子構造・集合体構造の変化に基づく機能開拓と機構解明を目的として研究を進めている。光照射によるジアリールエテンのフォトクロミズムによって表面に結晶成長を誘起するシステムを用いた表面機能創製について研究を行ってきた。これまで濡れ特性の異なる表面の作成を主に報告してきた。新しい発展として、光で協調的に結晶が動く系の構築と、デザインされた凸凹表面における光の相互作用が新たな機能を生み出す表面のデザイン・設計を主に検討する。
光で屈曲するフォトクロミックジアリールエテン微少針状結晶を表面に並べ、光照射でそれらの結晶が揃って屈曲する表面を作成した。針状結晶の表面密度を制御し、水滴を能動輸送するという機能発現に適した表面作成条件を検討する。
光照射で形成される表面形状は、誘導体の結晶形、温度、光照射時間、基板の種類により、結晶形、サイズ、配向が制御できる。このようにして表面に規則的に結晶を並べ、その表面を金スパッタすることで、エバネッセント光を発生する新しい機能が期待できる。
さらに、表面への紫外光照射により蛍光を発光する結晶を規則正しく並べることで、超放射が起こる表面の作成が期待できる。この表面は理論的には、ポリマー微小球による“ちびまるレーザー”と同様のレーザー発振に至る可能性を有する。光を制御する機能表面を、フォトクロミック結晶成長で作成する。
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Research Products
(34 results)
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[Journal Article] Photoinduced Topographical Changes on Microcrystalline Surfaces of Diarylethenes2016
Author(s)
N. Fujinaga, N. Nishikawa, R. Nishimura, K. Hyodo, S. Yamazoe, Y. Kojima, K. Yamamoto, T. Tsujioka, M. Morimoto, S. Yokojima, S. Nakamura, K. Uchida
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Journal Title
CrystEngComm
Volume: 18
Pages: 7229-7235
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Photoinduced Reversible Formation of Superhydrophobic and Superhydrophilic Surfaces by Crystal Growth of Diarylethnes2016
Author(s)
K. Uchida, K. Takase, R. Nishimura, H. Sawaguchi, Y. Yamamoto, Y. Nonomura, M. Morimoto, H. Mayama, S. Yokojima, S. Nakamura
Organizer
The 2nd International Conference on Photoalignment & Phtopatterning in Soft Materials (PhoSM2020)
Place of Presentation
Nagoya University, Nagoya, Japan
Year and Date
2016-11-24 – 2016-11-27
Int'l Joint Research
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[Presentation] Photoinduced Topographical Changes on Microcrystalline Surfaces of Diarylethens2016
Author(s)
R. Nishimura, N. Fujinaga, Y. Kojima, K. Yamamoto, T. Tsujioka, M. Morimoto, S. Yokojima, S. Nakamura, K. Uchida
Organizer
The 8th International Symposium on Photochromism 2016 (ISOP 2016)
Place of Presentation
East China University of Science and Technology, Shanghai, China
Year and Date
2016-11-04 – 2016-11-07
Int'l Joint Research
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[Presentation] Photoinduced Reversible Crystal Growths of a Diarylethene to Form Superhydrophilic Surface2016
Author(s)
K. Takase, M. Morimoto, H. Mayama, Y. Kojima, S. Yokojima, S. Nakamura, K. Uchida
Organizer
Twelfth International Workshop on Supramolecular Nanoscience of Chemically Programmed Pigments (SNCPP16)
Place of Presentation
Ritsumeikan University, Biwako-Kusatsu Campus (BKC), Kusatsu, Shiga, Japan
Year and Date
2016-06-17 – 2016-06-19
Int'l Joint Research
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