Exploration of Electronic/Ionic Functions of Aquatic Functional Materials
| Project Area | Aquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions |
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| Project/Area Number |
19H05719
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田中 求 京都大学, 高等研究院, 特任教授 (00706814)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中畑 雅樹 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (40755641)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥117,130,000 (Direct Cost: ¥90,100,000、Indirect Cost: ¥27,030,000)
Fiscal Year 2021: ¥20,670,000 (Direct Cost: ¥15,900,000、Indirect Cost: ¥4,770,000)
Fiscal Year 2020: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000)
Fiscal Year 2019: ¥34,840,000 (Direct Cost: ¥26,800,000、Indirect Cost: ¥8,040,000)
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| Keywords | 生物着想分子材料 / 半導体電子材料 / 界面制御 / 電子・イオン機能 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題は、生物の持つ高感度で選択的な機能を、強靭性・安定性をもつ人工材料で実現することに焦点をあて、水と無機・有機半導体材料の界面接続（つなぐ）により、水圏電子・イオン機能材料を創製するための基礎学理の確立を目指す。
田中求の専門とする半導体材料と生体融合材料による融合電子材料を核に、中畑（研究分担者）の分子認識機能を有する生物着想材料を組み合わせ、水圏の有害イオンを超高効率で捕捉して環境浄化する機能を有する水圏電子・イオン機能材料や、水圏の微小な環境変化を超高感度で検知し電視信号として発信する、機能材料を設計・創製する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
通常非水環境で作動する無機・有機半導体材料と水圏で分子・イオン認識機能を発揮する生物着想材料・液晶材料を「つなぐ」基礎学理は未だに確立されていない。本研究課題は、田中求（研究代表者）の専門である界面制御技術を駆使して、材料と水圏環境の界面水和構造を制御することで「水圏で作動する電子・イオン機能材料」の創製およびそのための基礎学理の確立を目的とする。
田中求（研究代表者）は、人口細胞膜モデルである脂質膜を用いて窒化ガリウムデバイスの表面を修飾し、水・電子材料界面におけるタンパク質の選択分子認識に成功した（ドイツ・Bremen大学との共同研究、論文準備中）。また、水界面の粘弾性へ低分子の自己組織型ナノ構造が与える状況を気・水界面の非線形レオロジー計測と蛍光顕微鏡観測から明らかにした（フランス・Strasbourg大学との共同研究Mielke, et al. Langmuir（2019））。水圏における界面制御に関する総説を自らがGuest Editorを務めたFrontier of Chemistry誌の特集号「Physical Chemistry of Interfacial Water」に発表した（Tanaka, Front. Chem. (2020)）。
中畑（研究分担者）は、植物由来の重金属認識タンパクに着想を得た高分子の合成にすでに成功し解離定数の計測など基礎物性を進めている。田中求や山本（研究協力者）と連携してイオン認識機能の定量にも取り組んでおり、第一報目の論文執筆にかかれる段階まで研究を進めている。
またPolymer Journalの特集号「Biofunctional Hydrogel」に田中・中畑が共著で刺激応答性ヒドロゲルによる細胞制御に関する招待論文（総説）を発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究分担者である中畑は、植物由来の重金属認識タンパクに着想を得た高分子の合成に取り組み、第一段階の合成に成功した。この分子材料については研究協力者・山本が水界面の物性計測を行って、その成果を現在一報目の班内共同研究論文として執筆を始めている。
また、研究代表者・田中求が行った、脂質膜による窒化ガリウムデバイスの表面修飾の研究は、水圏におけるタンパク質の高感度検出にすでに成功しており、ドイツ・Bremen大学との国際共著論文の執筆にとりかかっている。さらにこのテーマと関連して、フッ化炭素分子の自己組織型ナノドメインの非線形粘弾性について大きな進展があり、これをフランス・Strasbourg大学と共著論文として発表した。
研究代表者の田中は、それに加えFrontier of Chemistry誌の特集号「Physical Chemistry of Interfacial Water」や、Polymer Journalの特集号「Biofunctional Hydrogel」に招待論文（総説）を発表し、水圏における界面制御の重要性を世界に発信している。
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| Strategy for Future Research Activity |
田中求（研究代表者）は、水圏での水和構造の制御を駆使した、無機電子材料のリン脂質などの両親媒性分子による表面の機能修飾や無機電子材料と液晶分子チャネルの融合について、初年度に得られた成果をより大きく発展・展開させる。今年度からは界面制御技術を駆使して、分子内分極によって電子機能をさらに柔軟に変調することが可能な有機半導体材料の水圏での応用に着手する。
中畑（研究分担者）は、生体着想材料として分子設計したファイトケラチン着想材料について、初年度に取得した基礎物性を新たな分子設計・合成に反映させることでその機能をより高めることを目指す。また界面での自己組織化の精密制御によって、電子材料と水の界面での機能性分子材料の高集積化をさらに加速させる。
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Report
(1 results)
Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Nano-Focused Scanning X-ray Fluorescence Microscopy Reveals an Effect of Hemoglobin S and C on Biochemical Activities in P. falciparum-Infected Erythrocytes.2020
Author(s)
Froehlich, B.; Yang, Y.; Thomas, J.; Czajor, J.; Lansche, C.; Sanchez, C.; Lanzer, M.; Cloetens, P. & Tanaka, M
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Journal Title
Anal. Chem.,
Volume: 92
Pages: 5765-5771
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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