2023 Fiscal Year Annual Research Report
Flapping Molecules for Local Force / Local Viscosity Imaging with Ultra-low Threshold
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21H01917
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
齊藤 尚平 京都大学, 理学研究科, 准教授 (30580071)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 良勝 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (30414014)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | フォースプローブ / 粘度プローブ / 応力集中 / 高分子物理 / 液晶 / エラストマー / ゲル / 励起状態芳香族性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
主に数 pNの力の観測を狙った“FRET型Force Probe”を扱うメカノバイオロジーと、共有結合の開裂に200 pN以上の力を必要とする“Mechanophore”を扱う高分子メカノケミストリーは、同じ「力を視る科学」でありながら、10年間に渡って2つの分野が交差しなかった。その理由は、扱っている上記の蛍光システムが応答する力の閾値が全く異なるためである。一方で、分子鎖の破壊を伴わない絡まった分子鎖の弾性変形を扱う高分子物理では、共有結合の切断よりも低く、なおかつ熱揺らぎを十分に上回る応答閾値をもつ新たなForce Probeが必要であった。本研究では、FLAPがそのような高分子物理研究に最適な、100 pN（計算値）に応答閾値をもつ理想的な蛍光レシオ型のForce Probeであることを示した。さらに、FLAPの化学ドープする箇所を合成段階で制御することで、破断前の架橋高分子において架橋点には主鎖よりも局所応力が２倍程度集中しており、破壊の起点となりやすいことを明らかにした。また、エラストマーの延伸だけでなく高分子ゲルの圧縮に対しても、不均一な応力分布をリアルタイムに蛍光イメージングで追跡することに成功した。さらに、高分子鎖が張られた状態に加えて、高分子材料の強靭化に寄与する「歪み誘起結晶化（Strain-induced crystallization）」の状態を一度の力学試験で両方とも追跡する手法を開拓し、分子鎖の延伸と結晶化は同時ではなく段階的に起こることを明らかにした。また、FLAP分子系は励起状態の平面化ダイナミクスが局所粘度や局所自由体積によって影響を受けることから、FLAPを環境応答プローブとして活用し、液晶材料のネマチック-等方相転移や高分子のガラス転移点付近の分子論的ダイナミクスを深掘りしてソフトマター物理の発展に貢献した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
本プロジェクトの成果が高く評価され、2024年4月1日に大阪大学大学院理学研究科化学専攻の教授に着任した。
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