2014 Fiscal Year Research-status Report
“不可逆的光反応”を自己組織化の推進力とする新規な機能性球状ミセルの創製
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25390003
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
吉田 絵里 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60263175)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / 不可逆的光反応 / 光重合 / 両親媒性ランダムブロック共重合体 / ジャイアントベシクル / 形態制御 / 生体膜モデル / 疎水自由エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自然界に見られる多くの生体組織は、分子の自己組織化により形成されている。その構造形成は機能発現と密接に結びついていることから、形成のメカニズムを解明し模倣することにより、新規な高機能・高性能材料を創製する試みがなされている。
本研究課題は、自己組織化のドライビングフォースとしてはこれまであまり認識されてこなかった“不可逆的な光反応”をドライビングフォースに用いることで、それによって形成される分子集合体に光反応特有の機能を付与することを通して、新規な材料設計法の確立と応用を目的としている。
平成２６年度は、不可逆的な光反応の１つである“光重合”に誘発される自己組織化法について、この光重合過程に含まれる光分解と光電子移動のメカニズムを明らかにし、光重合に誘発される自己組織化を確立するとともに、この方法を新規な生体膜モデルの創製に応用した。ポリメタクリル酸を親水部に、メタクリル酸エステルとメタクリル酸とのランダム共重合体を疎水部にもつ両親媒性ランダムブロック共重合体は、光重合誘発型の自己組織化により、マイクロメートルサイズのジャイアントベシクルを形成することを前年度に見出している。このベシクルの形態を、光重合の生長末端濃度や溶媒極性、撹拌の回転速度により制御できることを明らかにした。また、ベシクルの形成および崩壊過程で、細胞の飲食作用の際に見られる出芽分離や細胞分裂と同様の形態が観察されたことに基づき、このジャイアントベシクルが生体内のオルガネラや細胞の生体膜と多くの類似性を持つことを実証し、新しい生体膜モデルを構築した。さらに、共重合体中の疎水性セグメントのモノマー組成比によって疎水性セグメントの親水ー疎水性のバランスをコントロールし、ベシクルの球状からフィルム状への形態変化を疎水自由エネルギーの算出により解明した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度に実施した光重合誘発型の自己組織化では、不可逆的な光反応である光重合の中に、ラジカル重合開始剤の光分解や、光感受性オニウム塩の光励起状態での重合促進過程が含まれる。これらの光反応が各段階のドライビングフォースとなり、その結果として自己組織化が進行し、特異な構造の分子集合体が形成されることを明らかにした。このような複数の不可逆的な光反応の組み合わせがドライビングフォースとなる自己組織化は、従来にはない分子集合体形成法である。各々の不可逆的光反応を独立のドライビングフォースに用いることを考えていた当初計画の観点から判断すると、本年度は研究計画以上に進展しているといえる。このことは、この光重合誘発型の自己組織化法によって形成された分子集合体を、新しい生体膜モデルの創製に展開することに成功したことにも裏付けられる。特に、天然物由来ではない原料から人工的に合成した両親媒性高分子を用い、その両親媒性高分子によって形成される二分子膜の形態を、疎水性セグメントの疎水自由エネルギーによって決定したことは、生体膜の脂質二重層に新たな知見を与えるものであり、生物学的な意義も大きい。
一方で、本研究成果を高機能・高性能な最先端材料の設計法としてさらに応用するためには、この自己組織化法で得られたジャイアントベシクルをはじめとする分子集合体の各形態について、その物理的性質の調査や機能化も重要なポイントになる。以上の観点から総合的に判断し、現時点では研究の進捗状況を「概ね順調に進展している」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の研究成果を踏まえて今年度以降は、この光重合誘導型の自己組織化で得られたジャイアントベシクルをはじめとする分子集合体の各形態について、二重膜の運動性やイオン透過性などの物理的性質を調べるとともに、疎水性セグメントの自己組織化によって形成された二重膜内部の疎水相をイオンが通過する際の分子集合体の形態変化やイオン透過メカニズムを明らかにする。また、二重膜の架橋による分子集合体の形態変化や、分子量の異なる両親媒性ブロック共重合体の混合による分子集合体の形態制御について、両親媒性ブロック共重合体の臨界充填形に言及しながら検討を進める。さらに、両親媒性ブロック共重合体の親水および疎水の各セグメント鎖長によって、共重合体の臨界充填形をコントロールし、特異な臨界充填形によって形成される分子集合体を創製する。これらの検討を通して、両親媒性高分子の光重合誘発型自己組織化により形成される分子集合体を用いた、より精密な生体膜モデルを構築する。一方、分子集合体に機能団を導入することを通して分子集合体の機能化を図り、光重合誘導型自己組織化法による材料設計法の確立を目指す。以下にその計画・方法の手順をまとめる。
１. 光重合誘導型自己組織化による分子集合体の物理的性質を調べる。
２. 二重膜の架橋による形態変化、分子量の異なる共重合体の混合による形態制御、セグメント鎖長の選択による特異構造をもつ分子集合体の創製を検討する。
３. 機能団の導入による分子集合体の機能化を図る。
上述の検討と並行して、自己組織化のドライビングフォースを、光重合から光分解や光オニウム塩形成といった別の不可逆的光反応に置き換えて、それぞれの光反応の特徴をもった分子集合体形成法を確立する。
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| Causes of Carryover |
光重合をドライビングフォースとする自己組織化法の研究を推進していく中で、高分子の分子量を測定する際に、高分子の種類によってはこれまで使用していた測定溶媒に溶解しないものがあったため、別の溶媒で使用するための充填カラムの購入を検討していた。しかし、購入を予定していたカラムの性能が充分ではなかったため購入を見合わせた。その分が未使用額となって次年度に繰り越す結果となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
これまで使用していた測定溶媒に溶解しない高分子の分子量測定について、添加剤を加えることにより高分子が溶解し、これまでと同じ溶媒を使用して測定することが可能になった。未使用分は早期の段階で、この添加剤の購入費に充てる。
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