2018 Fiscal Year Research-status Report
Amplification of function in supramolecular/polymer composite gels and its application to highly sensitive sensors
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17K05848
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| Research Institution | Institute of Systems, Information Technologies and Nanotechnologies |
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Principal Investigator |
新海 征治 公益財団法人九州先端科学技術研究所, マテリアルズ・オープン・ラボ, 特別研究員 (20038045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田丸 俊一 崇城大学, 工学部, 教授 (10454951)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超分子化学 / らせん構造 / ゲル / 階層構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
π共役系分子とペプチド構造からなる一連の有機小分子を設計・合成し、水をゲル化する事が出来る分子の開発に成功すると共に、その様な機能を発現する上で重要な構造的な要因についても、興味深い知見を得ている。この知見は、本申請研究を進める上でも最も基盤となる重要なものである。また、これらのゲルの内の一部が自己修復能を示すことを発見しただけに留まらず、幾つかの自己修復性を示す分子を混合することで、形成するゲルの自己修復能を制御できる可能性があることも見出した。特に、特定の分子においては、僅かな量を添加するだけでも、その自己修復能の制御効果が十分に表れることを見出しており、
物質捕捉能を有するベータ-1,3-グルカン類（カードラン）の側鎖にベータ-1,3-グルカン類とは異なる物質捕捉能を有するアルファ-1,4-グルカン鎖（アミロース）を人工的に導入することで、主鎖と側鎖で異なる機能性分子を捕捉して、明確な階層性に基づく機能を発現する分子集積体の開発に成功している（Chem. Asian. J., 2019, in press）。特に、この樹状構造を持つ半人工多糖とポリチオフェン誘導体を複合化することで、枝部で捕集した光エネルギーを幹部に集積させる、一種の光捕集システムが構築できることを示し、その発現機構の詳細を明らかにした。このシステムは、一種類の色素しか使われていないにもかかわらず、半人工多糖との複合化によって、光捕集アンテナ（ドナー）と光捕集中心（アクセプター）とに機能変化させて組織化できるという、他に例のないユニークな成果である。また、この複合体を更なる集積体として取り出すことに成功し、この集積体の構造を顕微鏡などの手法により明らかにした。
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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
本研究では、刺激応答性や発光特性・半導体性などの特異な機能を有する高分子と超分子とを複合化した新しいゲル系を構築することで、それぞれが持つ機能の増強・機能変換を達成し、高分子・超分子それぞれの単独ゲル系では実現が困難な機能を発現する、新規材料の開発を目指している。本年度は、本研究の中核をなす機能性超分子ゲルの開発を進め、自己修復能を示す超分子ゲルの開発に成功し、自己修復能を獲得する上での分子構造的要因について、一定の知見を得ることが出来た。その中で、オリゴチオフェン型誘導体にオリゴフェニレンビニレン型誘導体を数％程度混合するだけで、その自己修復能を劇的に向上できることが確認された。これは、自己修復材料の開発および自己修復能の制御という意味で、大変意義深い成果だが、本申請研究の主題である、高分子と超分子との効率的な複合化のためにも、重要な基礎知見である。また、2種類のらせん性多糖を組み合わせる事で合成したアミロースグラフトカードランを合成し、その分子包摂能を巧みに活用することで、複数の超分子の階層的配列を実現すると共に、その構造的特異性に基づいて一種の光捕集材料を構築することに成功した。この成果は、超分子と高分子との複合化に対して、極めて重要なものであり、上記のゲル系と組み合わせる事で、高分子-超分子間の情報伝達の実現に貢献するものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
すでに一定の成果を得たペプチド導入オリゴチオフェン、オリゴフェニレンビニレン誘導体について、鎖長やアミノ酸配列を系統的に変えた一連の分子群を新たに合成し、これらの超分子ゲル形成能について調査することで、超分子ゲル形成に適した分子構造に関する情報を得る。さらに、ゲルの自己修復能について詳細に評価し、ペプチド鎖の構造情報（親水性・疎水性、水素結合形成能など）と相関関係を明らかにする事で、自己修復性超分子ゲル化剤の構造最適化を行うと共に、様々な分子に導入することで自己修復能を付与することが出来る、汎用性の高いペプチド鎖を見出し、その有用性を実験的に評価する。
オリゴチオフェン誘導体の会合体形成に、微量のオリゴフェニレンビニレン誘導体が大きな影響を及ぼす事を見出している。この知見を元に、オリゴフェニレンビニレン骨格を側鎖に導入した刺激応答性高分子からなる高分子ゲルと、オリゴチオフェン誘導体が形成する超分子ゲルとを混合することで、超分子-高分子複合ゲルを調製し、このゲルの高分子由来の刺激応答と、これに起因した超分子ゲルの状態変化（ゾル-ゲル相転移など）について調査する。その際、高分子に導入するオリゴフェニレンビニレン骨格の構造要因や導入率、高分子鎖間の架橋度、およびオリゴチオフェン超分子の濃度などを系統的に変化させる事で、高分子-超分子間の情報伝達・増強に必要な知見を蓄積する。これらの検討において、高分子には、ポリアクリル酸やPNIPAMの刺激応答性高分子と共に、らせん性多糖も採用し、より高機能性の複合ゲルの開発に挑む。これらの知見を元に、病原性バクテリアや環境汚染物質などを標的とした高感度センサーの開発を検討する。
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| Causes of Carryover |
平成30年度の研究活動に十分な予算執行を行った上で、若干の残金が生じた。研究の進行度、次年度の研究活動計画を鑑みて、この残金は、次年度の活用が妥当と判断した。残金は消耗品の購入に充てる予定である。
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Research Products
(9 results)
