| 研究課題/領域番号 |
21H04687
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分35:高分子、有機材料およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
植村 卓史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (50346079)
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| 研究分担者 |
細野 暢彦 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00612160)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
42,640千円 (直接経費: 32,800千円、間接経費: 9,840千円)
2024年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2023年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2022年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2021年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
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| キーワード | 多孔性金属錯体 / 高分子 / 分離 / MOF / シーケンシング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ほとんどの合成高分子は異なる分子量や構造の分布を有する重合体の混合物である。多種多様な高分子鎖が確率的に存在する高分子混合物の中にも、欲しい構造の鎖が一定割合で存在する。それを認識して、精密に分離することができれば、これまでの常識となっていた精密合成による制御から大きなパラダイムシフトが起こる。
本研究では、規則的なナノ空間構造を有する多孔性金属錯体(MOF)を用いることで、「精密高分子認識」という未踏の科学領域を開拓する。MOF空間と高分子鎖との多点相互作用を駆使することで、巨大高分子におけるわずか原子一個レベルの構造違いでさえ見分ける革新的な分析・分離システムを確立する。
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| 研究実績の概要 |
高分子は多数の小分子（モノマー）が連結した構造をもつ紐状の巨大分子である。生命の遺伝情報を運ぶDNAも複数のモノマーからなる高分子であり、このモノマーの配列に膨大な遺伝情報が記録されている。これまで、DNA等の生体高分子のモノマー配列を読み出す技術（シーケンシング）は発展してきたが、ポリスチレン等の人工的に合成した高分子のモノマーシーケンシングは依然として困難であり、その方法の開発が急務とされていた。一般に、長い紐状の形をもつ高分子はお互いに絡み合い、巨大な糸玉状の形をつくるため、その中に埋没したモノマー配列等の微小な構造情報を認識することは困難である。我々は多孔性金属錯体（MOF）と呼ばれる材料のナノサイズの細孔を高分子のモノマー配列認識に利用することを発想し、一方向のトンネル状の細孔をもつMOFを利用することで、高分子を解きほぐし、引き伸ばしてモノマー配列を認識することが可能になると考えた。
本年度の成果として、MOFが有するナノポアの中にスチレンとビニルピリジンの共重合体を導入することで、合成高分子に存在する特定のモノマー配列を認識することに成功した。また、高分子の構造やモノマー配列の違いにもとづいて、混合物から特定の構造や配列をもつ高分子を選別することにも成功した。本成果は、これまで困難であった合成高分子のモノマーシーケンシングの実現に迫るブレークスルーであり、今後様々な高分子素材開発に貢献するだけでなく、高分子を超大容量の情報記憶メディアとして利用する未来のIT技術にもつながると期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本成果は、これまで有効な方法がほとんどなかった合成高分子のモノマーシーケンシングに筋道を提供し、将来的に高分子を情報メディアとして利用する未来のIT技術への応用が期待される。また、構造にバラツキのない高分子を得る新しい手法として様々な高分子素材の高純度化・高機能化に利用可能であるだけでなく、簡便かつ精密なプラスチック分別法のひとつとして、循環型社会構築への貢献も期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
核酸はわずか４つの塩基（アデニン、シトシン、グアニン、チミン）の配列で全生命情報を記述しているのに対し、現在の合成高分子で利用できるモノマーの数は100を超えている。本手法をされに発展させることで、合成高分子のモノマーシーケンシングを達成し、我々の生活を一変させる情報イノベーションにつなげる。
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