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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Flapping Molecules for Local Force / Local Viscosity Imaging with Ultra-low Threshold

Research Project

Project/Area Number 21H01917
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

齊藤 尚平  京都大学, 理学研究科, 准教授 (30580071)

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)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
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
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。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

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。

  • Research Products

    (23 results)

All 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] TATA institute(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      TATA institute
  • [Journal Article] Dual Ratiometric Fluorescence Monitoring of Mechanical Polymer Chain Stretching and Subsequent Strain-Induced Crystallization2023

    • Author(s)
      Suga Kensuke、Yamakado Takuya、Saito Shohei
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Pages: 26799~26809

    • DOI

      10.1021/jacs.3c09175

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Environment-sensitive fluorescence of COT-fused perylene bisimide based on symmetry-breaking charge separation2023

    • Author(s)
      Kimura Ryo、Yoneda Yusuke、Kuramochi Hikaru、Saito Shohei
    • Journal Title

      Photochemical & Photobiological Sciences

      Volume: 22 Pages: 2541~2552

    • DOI

      10.1007/s43630-023-00468-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Triplet conformation in chromophore-fused cyclooctatetraene dyes2023

    • Author(s)
      Paul Sunandita、Kitakado Hidetsugu、Suga Kensuke、Kotani Ryota、Dey Nilanjan、Venkatramani Ravindra、Matito Eduard、Saito Shohei、Dasgupta Jyotishman
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 11 Pages: 12243~12253

    • DOI

      10.1039/D3TC02151C

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Controlling dual emission properties of the flapping molecules by electronic tuning2023

    • Author(s)
      Kensuke SUGA, Shohei SAITO
    • Organizer
      日本化学会 第104春季年会 (2024)
  • [Presentation] Development of a liquid crystalline pressure-sensitive adhesive2023

    • Author(s)
      Kota ONO, Kensuke SUGA, Katsuki MIYOKAWA, Shohei SAITO
    • Organizer
      第72回高分子討論会 (2023)
  • [Presentation] Supramolecular gels that exhibit a reversible melting/gelation behavior by turning UV light on/off2023

    • Author(s)
      Yukhe LING, Hidetsugu KITAKADO, Reo MASUDA, Shohei SAITO
    • Organizer
      第72回高分子討論会 (2023)
  • [Presentation] ゲルにも運用可能な蛍光 Force Probe を用いたポリウレタンにおける局所応力集中解析2023

    • Author(s)
      秋友祥香・山角拓也・北鹿渡秀嗣・須賀健介・齊藤尚平
    • Organizer
      第72回高分子討論会 (2023)
  • [Presentation] Reversible Photomelting of pi-Stacked Physical Crosslink in PDMS Gels2023

    • Author(s)
      Hidetsugu KITAKADO, Shohei SAITO
    • Organizer
      The 13th SPSJ International Polymer Conference (IPC 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] グルタチオンとの反応を利用した蛍光レシオ粘度プローブの合成2023

    • Author(s)
      下田大夢・DEY Nilanjan・安藤北斗・木村 僚・齊藤尚平
    • Organizer
      第17回バイオ関連化学シンポジウム (2023)
  • [Presentation] 応力や粘度に応答する光機能分子FLAP2023

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      第33回基礎有機化学討論会 (2023)
  • [Presentation] 室温で機能する液晶粘着材料の開発2023

    • Author(s)
      大野 滉太・須賀 健介・御代川 克輝・原 光生・齊藤 尚平
    • Organizer
      2023年日本液晶学会討論会
  • [Presentation] Dual-emissive force probe for simultaneous monitoring of polymer chain stretching and strain-induced crystallization by ratiometric fluorescence imaging2023

    • Author(s)
      Kensuke SUGA, Takuya YAMAKADO, Shohei SAITO
    • Organizer
      10th International Symposium On Photochromism (ISOP 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of a liquid crystalline pressure-sensitive adhesive2023

    • Author(s)
      Shohei SAITO
    • Organizer
      SPIE Photonics West, Emerging Liquid Crystal Technologies XIX
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 光で剥がせる接着材料と力が見える発光材料2023

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      日本オプトメカトロニクス協会(JOEM)第2回光部品生産技術部会Web講演会
    • Invited
  • [Presentation] 蛍光Force Probeによる高分子鎖のナノ応力集中の定量と新しい液晶接着材料の開発2023

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      高分子同友会 勉強会「E 新材料の創製(反応、合成、バイオ、触媒、解析、機能等)について勉強する会」
    • Invited
  • [Presentation] Molecular Force Probe for Monitoring 100 pN Polymer Physics2023

    • Author(s)
      Shohei SAITO
    • Organizer
      CEMS Topical Meeting on Chemistry of π-Conjugated Materials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] オキセピン環の骨格柔軟性に着目した環境応答型蛍光プローブの設計と合成2023

    • Author(s)
      福田 紗夕・北鹿渡 秀嗣・山角 拓也・寺山 慧・隅田 真人・齊藤 尚平
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] COT-fused perylenebisimides: Symmetry breaking charge separation (SB-CS) and intramolecular charge transfer (ICT)2023

    • Author(s)
      Ryo KIMURA, Yusuke YONEDA, Hikaru KURAMOCHI, Shohei SAITO
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] 柔軟な人工分子の動きに基づく「力の可視化」と「かたさの制御」2023

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      The 4th Molecular Engine Workshop
  • [Presentation] 羽ばたく分子系 FLAP をもちいた 動くソフトマテリアルの定量解析と物性操作2023

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      第2回 動く・流れるソフトマテリアル研究会
  • [Presentation] 応力や粘度に応答する光機能分子 『FLAP』 その特性と活用法2023

    • Author(s)
      齊藤尚平
    • Organizer
      nano tech 2023
  • [Remarks] Shohei SAITO Homepage

    • URL

      https://shohei-saito.webnode.jp/

URL: 

Published: 2024-12-25  

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