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核形成の光制御とキラルソフトマテリアルへの応用

Research Project

Project/Area Number 22KJ0466
Project/Area Number (Other) 21J20988 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 35030:Organic functional materials-related
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

齋藤 卓穂  千葉大学, 融合理工学府, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords自己集合 / 超分子キラリティー / 2次核形成 / 光異性化 / アゾベンゼン / 過飽和 / 非対称性の増幅 / らせん / マジョリティールール / ナノリング / ナノチューブ / 超分子不斉増幅
Outline of Research at the Start

本研究は、「2次核形成」と呼ばれる、結晶の表面でさらなる結晶が形成されやすい現象を利用して、単一のキラル分子から、巻き方向が異なる二種類のらせん集合体の形成および単離に挑戦する。そのために、自己集合性アゾベンゼン分子を用い、その2次核形成の発生頻度を光照射により制御する。これにより、自在に狙った巻き方向のらせん集合体を単離し、キラルソフトマテリアルとしての応用研究に用いることが可能となる。

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、キラルなアゾベンゼン分子の自己集合からなる、光により巻き方向を自在に反転可能ならせん集合体を用い、これらのスピントロニクス材料への応用を検討した。スピントロニクスとは、電子が持つ「スピン」を情報として利用する技術である。通常の電流は電子スピンの向きが定まっておらず磁気情報を持っていないが、スピンを一方向にそろえることで磁気情報を持たせることができる。このようにして得られた「スピン偏極電流」は、省電力デバイスへの応用が期待されている。らせん集合体のスピン偏極特性を調査するために、京都大学との共同研究により、スピン偏極コンダクティブAFM測定を行った。その結果、当該らせん集合体は左巻きと右巻きとで真逆のスピン偏極特性を示すことが明らかになった。また平均的なスピン偏極特性は優に60%を超え、有機材料として非常に高い値を示すことも明らかになった。
本申請研究ではキラルなアゾベンゼン分子の自己集合における核形成を光により制御し、巻き方向を自在に反転させることに成功した。自己集合 の時間依存データをタンパク質のアミロイド凝集における2次核形成の解析に用いられる理論モデルを用いて解析することで、2次核形成の寄与を証明することができた。さらに、分子のわずかな非対称性の偏りが階層的な自己集合を介して増幅される現象の発見に成功した。これらの結果は、生体内のタンパク質やDNAなどの生体分子が片方の鏡像体から構成されている、ホモキラリティという現象の理解を前進させるだけでなく、らせん構造が機能の鍵となる機能性材料の開発における新たな設計指針となることが期待される。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] マドリード・コンプルテンセ大学(スペイン)

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    • Author(s)
      Otsuka Chie、Takahashi Sho、Isobe Atsushi、Saito Takuho、Aizawa Takumi、Tsuchida Ryoma、Yamashita Shuhei、Harano Koji、Hanayama Hiroki、Shimizu Nobutaka、Takagi Hideaki、Haruki Rie、Liu Luzhi、Hollamby Martin J.、Ohkubo Takahiro、Yagai Shiki
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Issue: 41 Pages: 22563-22576

    • DOI

      10.1021/jacs.3c07556

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  • [Journal Article] Amplification of molecular asymmetry during the hierarchical self-assembly of foldable azobenzene dyads into nanotoroids and nanotubes2023

    • Author(s)
      T. Saito, T. Kajitani, S. Yagai
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 145 Issue: 1 Pages: 443-454

    • DOI

      10.1021/jacs.2c10631

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  • [Journal Article] Fluorescent Nanofibers Self-assembled from a Diphenylanthracene Scissor-shaped Dyad2022

    • Author(s)
      Suda Natsuki, Arima Hironari, Saito Takuho, Aizawa Takumi, Yagai Shiki
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 51 Issue: 7 Pages: 700-703

    • DOI

      10.1246/cl.220193

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    • Author(s)
      Suda Natsuki、Saito Takuho、Arima Hironari、Yagai Shiki
    • Journal Title

      Chemical Science

      Volume: 13 Issue: 11 Pages: 3249-3255

    • DOI

      10.1039/d2sc00690a

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  • [Journal Article] Scissor‐Shaped Photochromic Dyads: Hierarchical Self‐Assembly and Photoresponsive Property2021

    • Author(s)
      Tashiro Keigo、Saito Takuho、Arima Hironari、Suda Natsuki、Vedhanarayanan Balaraman、Yagai Shiki
    • Journal Title

      The Chemical Record

      Volume: 22 Issue: 2

    • DOI

      10.1002/tcr.202100252

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    • Author(s)
      Valera Jorge S.、Arima Hironari、Naranjo Cristina、Saito Takuho、Suda Natsuki、G?mez Rafael、Yagai Shiki、S?nchez Luis
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 61 Issue: 5

    • DOI

      10.1002/anie.202114290

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 核形成の光制御による超分子キラリティの自在反転2023

    • Author(s)
      矢貝史樹、齋藤卓穂、花山博紀、北本雄一、井上大輔、
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      Saito Takuho, Inoue Daisuke, Kitamoto Yuichi, Yagai Shiki
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    • Author(s)
      Kimura Shinya, Adachi Kurea, Ishii Yoshiki, Komiyama Tomoki, Saito Takuho, Nakayama Naofumi, Yokoya Masashi, Yagai Shiki, Kawai Shinnosuke, Uchihashi Takayuki, Yamanaka Masamichi
    • Organizer
      IPC2023
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光による超分子キラリティの反転を示すアゾベンゼンダイアドの自己集合における二次核形成の役割2022

    • Author(s)
      齋藤卓穂、北本雄一、井上大輔、矢貝史樹
    • Organizer
      第71回高分子討論会
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    • Author(s)
      齋藤卓穂, 矢貝史樹
    • Organizer
      第32回基礎有機化学討論会
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノリングからナノチューブへと階層的に自己集合するキラルアゾベンゼン分子における超分子不斉増幅2022

    • Author(s)
      齋藤卓穂, 矢貝史樹
    • Organizer
      第12回CSJ化学フェスタ2022
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 光照射による超分子キラリティの反転2022

    • Author(s)
      Takuho Saito, Daisuke Inoue, Yuichi Kitamoto, Shiki Yagai
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  • [Presentation] ハサミ型アゾベンゼンダイアドの階層的自己集合における不斉増幅現象2021

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      齋藤卓穂、矢貝史樹
    • Organizer
      第70回高分子討論会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Majority-rule Effect on the Hierarchical Self-assembly of a Chiral Scissor-Shaped Azobenzene Dyad2021

    • Author(s)
      Takuho Saito, Shiki Yagai
    • Organizer
      SNCPP21
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Light-controlled nucleation process leading to inversion of supramolecular chirality2021

    • Author(s)
      Takuho Saito, Yuichi Kitamoto, Shiki Yagai
    • Organizer
      Pacifichem2021
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 分子のわずかな非対称性の偏りが増幅される現象を発見-次世代の電子・光学材料の安価な製造に期待-

    • URL

      https://www.chiba-u.ac.jp/others/topics/info/post_1145.html

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  • [Remarks] 分⼦のわずかな非対称性の偏りが増幅される現象を発⾒

    • URL

      https://www.chem-station.com/blog/2023/02/azobenzene.html

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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