2020 Fiscal Year Annual Research Report
分子ダイポールを利用した電子移動経路設計の光電変換ナノデバイスへの展開
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19K15375
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宇治 広隆 京都大学, 工学研究科, 助教 (50788164)
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2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ペプチドナノチューブ / 分子集合体 / 有機分子デバイス / 環状βペプチド / ヘリックスペプチド / 誘電体材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では分子ダイポールを利用して構造と機能界面を制御し、一方向の電子移動を実現するナノサイズの光電変換分子素子の構築を提案している。環境エネルギーを用いたエネルギーハーベスティングの実現、つまり、デバイスサイズの微細化・低消費電力化に基づく有機分子デバイスの発展においては、ナノレベルでの構造制御と機能化が課題である。ペプチド分子のアミド基由来のダイポールは、静電相互作用に基づく強い相互作用を生じ、また、局所的に強い電場を生じさせることから、ダイポールは分子の組織化と電子的な機能発現を同時に達成できる重要な要素と考えている。本研究では、αヘリックス構造とβシート構造に着目して、規則的に配列したアミド基が誘起するダイポールの方向を制御して、分子ダイポールを利用した機能性ナノデバイスの構築を目指した。
令和２年度においては、昨年度に引き続き、新規ヘリックス-環状βペプチド複合ペプチド分子の設計と合成を行い、目的分子の合成を達成した。具体的には、βAsp-βAla-βAlaからなる環状βペプチド3量体を合成し、Alaとアミノイソ酪酸(Aib)の交互配列8量体からなるヘリックスペプチドを側鎖に導入した。この複合ペプチド分子を用いて、環状ペプチド骨格にあるアミド基の水素結合を介したペプチドナノチューブ（PNT）を構築した。ヘリックスペプチドを側鎖に導入した結果、側鎖にダイポール層が形成され、PNTのバンドル構造を制御できることが明らかになった。さらに、この単一PNTを用いることで、PNTの誘電体特性を詳細に評価することができた。
当研究課題を通して、ペプチド分子の自己組織化による新規分子集合体の構築を達成した。特に、ヘリックスペプチドのマクロダイポールや電荷移動錯体のダイポールを積極的に利用することで、分子集合体の形態制御から誘電体特性のような機能性の発現を併せて達成した。
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