Construction of artificial photo-energy conversion nanodevices utilizing helical peptide macro-dipole moment

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15375
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Uji Hirotaka 京都大学, 工学研究科, 助教 (50788164)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we have tried to construct higher-order hierarchical structures of peptide molecular assemblies that simultaneously achieve an optimal structure and functionalization of molecular devices using molecular dipole moments derived from organic molecules. Specifically, we focused on the α-helix and β-sheet structures and aimed to construct molecular nanodevices by controlling the direction of the dipole moments induced by the regularly arranged peptide amide groups. Here we have studied the construction of single peptide nanotubes without nonspecific aggregation utilizing the macro-dipole moments of the side-chain modification of helical peptides. Furthermore, the piezoelectric properties of peptide nanotubes were investigated as a candidate for the piezoelectric nano-biomaterials. These findings provide insights into the nanodevice properties correlated with the molecular assemblies' morphologies.

Free Research Field

ペプチド材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ビッグデータを活用したIoT社会では生体用センサーデバイスが人ひとりに150個必要であると試算されているが、現在のデバイスを生体に適用するためには、デバイスサイズの微細化だけでなく材料自体に生体適合性があることが望まれる。本研究のように生体適合性のあるペプチド分子を電子デバイスの素子として利用し、分子組織化技術を利用してナノサイズのデバイスが実現できれば、これらの問題を同時に解決することができる。また、生体が細胞を利用するように、環境エネルギーを利用したエネルギーハーベスティングが可能になれば、外部電源フリーの生体用デバイスの一つの理想形を構築できると期待できる。