高分子コンプレックスの階層的なメゾスコピック構造の構築

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10044051
• Research Category: Grant-in-Aid for international Scientific Research
• Section: Joint Research .
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 下村 政嗣 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10136525)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): OFFENHAUSSER アンドレアス Max Planck研究所, 助手 ; KNOLL Wolfga Max Planck研究所, 教授 ; 西川 雄大 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (40281836) ; OLAF Karthau 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (80261353) ; 居城 邦治 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (90221762)
• Keywords: 階層的構造化 / 散逸構造 / メゾスコピックパターン / 高分子 / ナノ構造 / 表面プラズモン共鳴 / キャストフィルム / 走査プローブ顕微鏡

Research Abstract

多くの生物機能は、生体膜を舞台として、蛋白質や核酸などの様々な生体高分子が有機的に連携することで発現されている。さらに生物は、ナノメーターサイズからメゾスコピック領域にいたる階層的な構造化によって特異な形態を形成し生物としての機能を発現している。本研究は、表面プラズモン顕微鏡や走査プローブ顕微鏡を用いた高分子コンプレックスの構造評価に精通した物理学者と、有機合成ならびに分子薄膜の作製を行っている高分子化学者が有機的な連携をとりながら、二分子膜や単分子膜、LB膜のような二次元秩序を有する分子薄膜をマトリックスとして、合成ならびに生体高分子を複合化したナノメーターサイズの高分子コンプレックスを作製し、マイクロメータレベルにいたる幅広い階層にまたがる階層的な構造化を計り、生体組織を模倣した新たな機能材料の設計・開発を行う。これにより生物に匹敵するような新たな機能性を有する高分子材料が可能となる。既に日本側申請者は、二分子膜形成能を有する両親媒性化合物とその反対電荷を持つ高分子電解質がコンプレックスを形成し、そのキャストフィルム中でナノメーターの規則的な繰り返し周期を持つ層状構造を形成することを見いだしている。さらに最近、これらナノ構造を形成する高分子の非常に希薄な溶液からフィルムを作製すると、サブミクロンからミクロンにいたるメゾスコピック領域において規則的な配列したドットやライン、ハニカムなどの高次構造が形成されることを見いだした。ドイツ側研究グループで開発した表面プラズモン共鳴顕微鏡や走査プローブ顕微鏡によるメゾスコピックパターンの形態観察ならびにディメンジョン測定と、顕微鏡下での偏光吸収分光法測定を行った。その結果、パターン形成時におこると考えられる流動配向などの効果により、メゾスコピックパターン中において高分子の主鎖はある程度配向しており、階層的な構造化が自発的に起こっていることが示唆された。

Research Products

• [Publications] M.Shimomura他: "Mesoscopic Pattern Formation of Nanostructured Polymer Assemblies." Supramolecular Science. 5. 331-336 (1998)
• [Publications] M.Shimomura他: "Construction of two-dimensional DNA-mimetics Supramolecular Architecture with Highly Stacked Base-Pairs of Amphiphilic Adenine and Thymine at the Air-Water Interface" Thin Solid Films. 327-329. 603-606 (1998)
• [Publications] M.Shimomura他: "Mesoscopic Patterns of Molecular Aggregates on Solid Substrates." Thin Solid Films. 327-329. 854-856 (1998)
• [Publications] M.Shimomura他: "Formation of Ordered Mesoscopic Patterns in Polymer Cast Films by Dewetting." Thin Solid Films. 327-329. 829-832 (1998)
• [Publications] M.Shimomura他: "Photonic and Electronic Application of Mesoscopic Polymer Assemblies." Molecular Crystal Liquid Crystal. 322. 305-312 (1998)
• [Publications] Y.Okahata他: "Anisotropic Electric Conductivity in an Aligned DNA Cast Film." Journal of American Chemical Society. 120. 6165-6166 (1998)