| 研究課題/領域番号 |
21K14725
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 中央大学 (2023)
東京理科大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
本田 暁紀 中央大学, 理工学部, 助教 (10812977)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | 核酸塩基 / 冷結晶化 / 水素結合 / 蓄熱 / 赤外分光法 / 熱分析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
過冷却による蓄熱現象である冷結晶化について研究を行う。低分子の冷結晶化は、社会における低温排熱の再利用化への応用が期待されている。生体内のDNAなどに含まれる核酸塩基にアルキル基を導入すると、冷結晶化が起こることが判明している。本研究では、その冷結晶化による蓄熱挙動を赤外光の吸収特性から考察を行う。核酸塩基の分子間の水素結合を解析して分子の会合状態を調べることにより、冷結晶化のメカニズムを解明することを目標とする。
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| 研究実績の概要 |
アルキル基を導入した核酸塩基分子の示す冷結晶化について研究した。ここで冷結晶化とは、冷却時に過冷却液体やガラス状態になった分子を再加熱した際に、加熱過程で発熱を伴った結晶化が生じる現象を指す。過冷却状態の分子は固体と液体の間のエネルギー差(潜熱)を蓄熱した状態であるため、冷結晶化に関する研究は蓄熱材料の発展および持続可能な社会の実現につながることが期待される。熱挙動は、示差走査熱量測定(DSC)および赤外分光法(FTIR)を主体として解析した。FTIRによって核酸塩基の水素結合の状態を温度制御しつつ観察することにより、冷結晶化のメカニズムを明らかにすることを目標とした。
前年度までの研究で確立した温度制御FTIRの計測系を用いて、核酸塩基の水素結合の温度変化をより細かい温度間隔で計測した。アルキル置換したアデニンおよびチミンの混合試料について、高温液体状態においても水素結合は形成されていることが判明した。その液体が冷却される過程で水素結合ネットワークが形成され、その水素結合の組み合わせの多様性によって均一な構造への結晶化が遅延されていることが示唆された。そして、冷結晶化において安定な相補的水素結合を有する構造への結晶化が生じていることが明らかになった。細かい温度間隔で熱挙動を解析した結果、水素結合の多様性による系の不均一化が冷結晶化の要因となることが判明した。加えて、アデニンとウラシルの混合系においても同様の冷結晶化挙動が観測され、こちらの系では結晶多形の影響による構造の不均一化も示唆された。これらの成果をまとめて、学会発表や論文投稿を実施した。
研究期間全体を通じて、温度制御FTIRを用いた冷結晶化挙動の観察および解析に成功し、蓄熱メカニズムの解明に貢献する成果が得られた。
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