2019 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of gold nanorod composites with chiral core-shell structure
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18K04724
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
新森 英之 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40311740)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 金ナノロッド / タンパク質 / side-by-side型会合 / end-to-end型会合 / キラル組織体 / CD活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、不斉記憶に向けた巨大なキラルプラズモンシグナルを有する安定な超分子型金属ナノ粒子組織体の創製を目指して、多様な外部環境下でキラル耐性を有する新規シリカ被膜キラル金ナノロッド組織体の創製が目的である。前年度までに、アルブミン等の血漿タンパク質がキラル金ナノロッド組織体の形成に有効であること証明し、有機溶媒の添加で不斉シグナルが変化することを見出した。その後の令和元年度に実施した研究成果の概要は以下の通りである。
・タンパク質を用いて形成されたキラル金ナノロッド組織体のpH変化の影響
一定条件下、タンパク質のひとつであるヒト血清アルブミン(HSA)の添加がside-by-side型のキラル金ナノロッド組織体を形成させることを前年度に明らかにした。そこで、そのキラル組織体の外部pH環境の影響を調査した。水－アセトニトリル混合溶液中でpHを酸性から中性に増大させるに伴って、不斉シグナルである円二色性(CD)スペクトルの強度が増加した。また、この現象が吸収スペクトル変化との詳細な総合的検討より、測定pH領域内で短軸同士の会合に由来するend-to-end型と長軸同士の会合のside-by-side型との転移がキラル組織体で生じていることが立証できた。さらに興味深いことに、この転移において金ナノロッド組織体の不斉シグナルの反転が示唆された。ただし、これらの現象は、このキラル組織体が外部pHによって影響を受けることも意味した。
・キラル金ナノロッド組織体のシリカコーティング
上記のHSA複合化キラル金ナノロッド組織体に改良Stöber法を用いて粒子界面でのシリカ被膜を施した。具体的には、水－アセトニトリル中でTEOS(Tetraethyl orthosilicate)によるゾル－ゲル反応をキラル組織体界面で行い、キラル金ナノロッド組織体をコアに持ったシリカ微粒子を得た。
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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
令和元年度に実施した研究成果では計画した通り、まず初めにタンパク質複合化キラル金ナノロッド組織体の外部環境応答性をpH変化に焦点を当てて検討した。その結果、pH変化に伴う不斉シグナル強度の変動や組織体構造の変容が確認できた。また、この際にキラリティーの反転現象が生じるという興味深い現象を発見した。次いで、本研究の中心的課題であるキラル組織体の界面コーティングによるシリカ被膜キラル金ナノロッド組織体の合成に取り組み、実際にキラル金ナノロッド組織体が内包されたシリカ微粒子が得られた。これらの事実より、現在までに本研究課題はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の最終年度となる令和２年度は、当初の目的である外部環境安定性を有する不斉シグナルが固定化されたシリカ被膜キラル金ナノロッド組織体の創出を立証するために、組織体の界面コーティングにより前年度までに得られたシリカ被膜キラル金ナノロッド組織体のモルフォロジー評価を行う。この際には、コア部分を形成しているキラル組織体中の金ナノロッド数に着目し、TEOSを用いたゾル－ゲル反応による界面シリカコーティング前後での違いを確かめる。この工程によって組織体中の金ナノロッド数の減少、即ちキラル組織体の部分的崩壊の問題性が予想される。このようなコア部分の金ナノロッド数の減少は不斉増幅・記憶という観点からは不利に働く可能性があるため、この減少を防ぐ界面シリカコーティングの反応条件を探り、被膜法の最適化を図り克服する。
次いで、シリカ被膜キラル金ナノロッド組織体の不斉シグナルや超構造の安定性を評価する。これまでの研究代表者らの研究により単分散シリカ被膜金ナノロッドは多種多様な溶媒に分散可能であることが既に確認できているため、今回のシリカ被膜キラル金ナノロッド組織体も多溶媒に分散できると期待される。そこで、様々な溶媒中での不斉シグナルの形状や強度を含めてCDスペクトルによって評価する。また、シリカ被膜キラル金ナノロッド組織体のコロイド分散液の乾固や加熱が不斉シグナルに影響を及ぼす可能性が示唆されるため、脱溶媒や熱安定性をCDスペクトルと電子顕微鏡によるキラル組織体の形態学的分析により問題点を確かめ、シリカコーティング法の確立段階にフィードバックさせ反応条件の改良で克服する。これらの研究計画によって外部環境に依存しない不斉記憶型金ナノロッド組織体が実現できることを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
理由：タンパク質を不斉源としたキラル金ナノロッド組織体の外部環境の影響を調べる上で、詳細な文献検索や簡素な予備実験により、比較的早期にpH変化に焦点を絞ることことができた。また、そのタンパク質複合化キラル金ナノロッド組織体の界面シリカコーティング法において、検討の初期段階でこれまでに研究代表者が行った単分散金ナノロッドの界面シリカコーティングの反応条件が適応できることが確認できたためコスト削減につながった。さらに研究調査の打ち合わせ等では、一部を電子メールやテレビ会議によって効率化を図った。
使用計画：タンパク質複合化キラル金ナノロッド組織体の形成時に複数のタンパク質が検討対象と成り得ることが分かったことで、界面シリカコーティング後のモルフォロジー評価のサンプル数を増加させて検討する必要となる。また、シリカ被膜キラル金ナノロッド組織体の粒子径が100ナノメートル程度であったため、高感度モルフォロジー分析が必要となり、それらの物性調査においても測定回数や試薬の増加が見込まれる。この点がシリカ被膜キラル金ナノロッド組織体の外部環境安定性評価の増加にも関わってくる。従って、翌年度分として請求していたシリカ被膜キラル金ナノロッド組織体のモルフォロジー解析および安定性評価に使用する分析用器具や試薬、及びスペクトル用溶剤、さらにはシリカコーティング用試薬や反応条件調節試薬や器具を追加で購入する。
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Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Improved Stability and Photodynamic Activity of Water-Soluble 5,15-Diazaporphyrins Incorporated in β-(1,3-1,6)-D-Glucan with On-Off Switch2020
Author(s)
S. Hino, S. Satake, H. Shinmori, S. Kawabata, K. Koumoto, T. Suzuki, T. Nagasaki, K. Sugikawa, R. Kawasaki, A. Ikeda
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Journal Title
Chemistry - An Asian Journal
Volume: 15
Pages: 365-370
DOI
Peer Reviewed
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