Control of Hierarchical Self-Assembled Nanostructures Based on the Formation of Topological Supramolecular Building Units

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14477
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Shuntaro Uenuma 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (90891804)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 高分子 / 自己組織化 / ナノシート / シクロデキストリン / ブロックコポリマー / コロイド / ポリマーブラシ

Outline of Final Research Achievements

When natural cyclic oligosaccharides, cyclodextrins (CyDs), and highly biocompatible linear polyethers are mixed in water at room temperature, hierarchical self-assembly leads to the formation of topological supramolecular nanosheet materials called "pseudo-polyrotaxane nanosheets (PPRNS)." In this study, we focused on the fact that CyDs must pass through the termini of the linear polymer chains during the formation of PPRNS. By systematically varying the structure of the terminal groups of the linear polymer chains, we prepared PPRNS and investigated the formation mechanism. As a result, it was found that the structure of the terminal groups significantly influences the formation rate of PPRNS and, unexpectedly, alters the composition ratio of CyDs to the linear polymer chains in the resulted PPRNS.

Free Research Field

高分子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では擬ポリロタキサンナノシート(PPRNS)の形成機構の解明に取り組んだ。その形成機構においてシクロデキストリンが末端を必ず通過しなければならないことはトポロジカル超分子に特異な機構であり、本研究を通じて超分子材料の形成速度の制御や最終的な構造の制御方法として超分子科学に新しいコンセプトを提案することができた。それだけでなく、ナノシート材料は多くの場合無機物から成るが、PPRNSは高生体適合性分子から構成されるため、生体関連材料への応用展開が期待される。本研究で明らかになったPPRNSの形成機構は、PPRNSを応用研究に展開する際にPPRNSの機能や構造を制御するための基盤的知見となる。