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3次元走査型AFMによる局所水和計測と疎水性相互作用の増強・抑制メカニズム解明

研究課題

研究課題/領域番号 20H02689
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関金沢大学

研究代表者

淺川 雅  金沢大学, 物質化学系, 准教授 (90509605)

研究分担者 生越 友樹  京都大学, 工学研究科, 教授 (00447682)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
キーワード原子間力顕微鏡 / 疎水性相互作用 / 水和構造 / 局所水和構造
研究開始時の研究の概要

疎水性相互作用は分子間に働く相互作用のひとつである。水中で働く特殊な相互作用であり、疎水性分子構造の周囲に形成された水分子のネットワーク構造が重要であると理解されている。しかし、その水分子ネットワーク構造を直接観察することがあらゆる計測手法を用いても難しいため、その理解は十分ではない。そこで本研究では原子レベルで先鋭化された探針を用いて局所構造を観察する原子間力顕微鏡と呼ばれる計測方法を用いて疎水性構造の周囲に存在する水分子ネットワーク構造を可視化することを目指す。得られた構造情報から疎水性相互作用を理解し、新規材料開発へ発展させる。

研究成果の概要

3次元走査型AFMを用いて固定化イオンの密度を変化させた疎水性平面モデルの水和構造を可視化でき、疎水構造とイオン密度・イオン配置が水和構造に与える影響を明らかにした。さらに疎水性空間モデルとして、新たにテトラポッド型分子の自己集合構造や環状分子のナノ空間の水密度に起因する特徴的な引力分布を定量的に議論できるようになった。疎水性構造とその周辺の水和構造を1分子スケールで可視化できるようになり、疎水性相互作用の増強・抑制メカニズムの理解を進展させることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

疎水性相互作用は化学・材料・生物・医療などざまざまな分子システムにおいて重要な相互作用であると考えられており、その分子スケールメカニズムの理解は極めて重要である。本研究の推進により進展した疎水性相互作用と局所水和構造の関係性を理解することはこれらの基礎研究・産業応用のあらゆる分野にも貢献する成果であり、学術的・社会的な両面で意義があると考えられる。3D-AFM手法で得られる微視的理解は実際の材料・分子システムの性能向上に向けた精密分子設計に貢献できる。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Silica nanoparticle-membrane interactions investigated by atomic force microscopy in an organic solvent2024

    • 著者名/発表者名
      Morimoto Masayuki、Fujimura Yu、Kawakatsu Takahiro、Kida Naoki、Asakawa Hitoshi
    • 雑誌名

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      巻: 683 ページ: 132858-132858

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2023.132858

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CO2 reduction by visible-light-induced photoemission from heavily N-doped diamond nano-layer2024

    • 著者名/発表者名
      Yoshikawa Taro、Asakawa Hitoshi、Matsumoto Tsubasa、Ichikawa Kimiyoshi、Kaga Akira、Yamamoto Shintaro、Izumi Ryosuke、Ohno Mitsuru、Mahiko Tomoaki、Mutsuda Mitsuteru、Yamasaki Satoshi、Tokuda Norio
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 218 ページ: 118689-118689

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2023.118689

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth mechanisms and anisotropic softness?dependent conductivity of orientation-controllable metal?organic framework nanofilms2023

    • 著者名/発表者名
      Yao Ming-Shui、Otake Ken-ichi、Koganezawa Tomoyuki、Ogasawara Moe、Asakawa Hitoshi、Tsujimoto Masahiko、Xue Zi-Qian、Li Yan-Hong、Flanders Nathan C.、Wang Ping、Gu Yi-Fan、Honma Tetsuo、Kawaguchi Shogo、Kubota Yoshiki、Kitagawa Susumu
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 120 号: 40

    • DOI

      10.1073/pnas.2305125120

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Atomic force microscopic analysis of the light-harvesting complex 2 from purple photosynthetic bacterium Thermochromatium tepidum2023

    • 著者名/発表者名
      Morimoto Masayuki、Hirao Haruna、Kondo Masaharu、Dewa Takehisa、Kimura Yukihiro、Wang-Otomo Zheng-Yu、Asakawa Hitoshi、Saga Yoshitaka
    • 雑誌名

      Photosynthesis Research

      巻: - 号: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1007/s11120-023-01010-4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Determination of the critical chain length for macromolecular crystallization using structurally flexible polyketones2022

    • 著者名/発表者名
      Ide Yuki、Manabe Yumehiro、Inaba Yuya、Kinoshita Yusuke、Pirillo Jenny、Hijikata Yuh、Yoneda Tomoki、Shivakumar Kilingaru I.、Tanaka Saki、Asakawa Hitoshi、Inokuma Yasuhide
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 13 号: 34 ページ: 9848-9854

    • DOI

      10.1039/d2sc03083g

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] State- and water repellency-controllable molecular glass of pillar[5]arenes with fluoroalkyl groups by guest vapors2022

    • 著者名/発表者名
      Onishi Katsuto、Ohtani Shunsuke、Kato Kenichi、Fa Shixin、Sakata Yoko、Akine Shigehisa、Ogasawara Moe、Asakawa Hitoshi、Nagano Shusaku、Takashima Yoshinori、Mizuno Motohiro、Ogoshi Tomoki
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 13 号: 14 ページ: 4082-4087

    • DOI

      10.1039/d2sc00828a

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Local Cross-Coupling Activity of Azide-Hexa(ethylene glycol)-Terminated Self-Assembled Monolayers Investigated by Atomic Force Microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Lebitania Julie Ann、Inada Natsumi、Morimoto Masayuki、You Jiaxun、Shahiduzzaman Md.、Taima Tetsuya、Hirata Kaito、Fukuma Takeshi、Ohta Akio、Asakawa Tsuyoshi、Asakawa Hitoshi
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 37 号: 50 ページ: 14688-14696

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c02451

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Understanding the Polymerization of Diphenylacetylenes with Tantalum(V) Chloride and Cocatalysts: Production of Cyclic Poly(diphenylacetylene)s by Low-Valent Tantalum Species Generated in Situ2021

    • 著者名/発表者名
      Sueyoshi Shingyo、Taniguchi Tsuyoshi、Tanaka Saki、Asakawa Hitoshi、Nishimura Tatsuya、Maeda Katsuhiro
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 143 号: 39 ページ: 16136-16146

    • DOI

      10.1021/jacs.1c06811

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photo-sensitive 2D Arrangement of ?OH/H2O on Brookite TiO2(210)2020

    • 著者名/発表者名
      Yang Lei、Igarashi Takumi、Cao Yu、Holmstr?m Eero、Hirata Kaito、Asakawa Hitoshi、Ohno Teruhisa、Fukuma Takeshi、Foster Adam S.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 35 ページ: 19091-19100

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c05151

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Subnanometer-Scale Visualization of Interaction Forces atSelf-Assembled Molecules/Water Interfaces with 3D-AFM2023

    • 著者名/発表者名
      Moe Ogasawara, Masayuki Morimoto, Hitoshi Asakawa
    • 学会等名
      2023 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatial distribution of interaction forces in hydrophobic nanopockets visualized by three-dimensional scanning AFM2023

    • 著者名/発表者名
      Moe Ogasawara, Masayuki Morimoto, Hitoshi Asakawa
    • 学会等名
      EM-NANO2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] モデル分子認識ポケットに存在する相互作用力分布の液中3D-AFM 計測2023

    • 著者名/発表者名
      小笠原 萌、森本 将行、淺川 雅
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 低揮発性有機溶媒中のサブナノメートル分解能FM-AFM計測2023

    • 著者名/発表者名
      木田 直樹、森本 将行、淺川 雅
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Subnanometer-Scale Mobile Structures Localized at an Interface Between One- Dimensionally Aligned Sulfonate Groups and Water Investigated by Three-Dimensional Scanning AFM2023

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Morimoto, Hitoshi Asakawa
    • 学会等名
      2023 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 液中周波数変調AFMを用いた超分子会合体の分布・動態解析2021

    • 著者名/発表者名
      淺川雅
    • 学会等名
      NANOSPEC 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 原子間力顕微鏡による固液界面現象の原子・分子スケールその場観察2020

    • 著者名/発表者名
      淺川 雅
    • 学会等名
      日本分析化学会中部支部北陸地区講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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