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環状ホスト分子を用いた超分子メカノフォアの創製

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1275
補助金の研究課題番号 21J21969 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
応募区分国内
審査区分 小区分35030:有機機能材料関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

村松 達也  東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードメカノフォア / 超分子化学 / 刺激応答性材料 / ヒドロゲル
研究開始時の研究の概要

近年、メカノフォアと呼ばれる機械的刺激に対して様々な応答を示す分子骨格が盛んに研究されている。申請者らのグループは、微弱な力に応答でき、かつ高い可逆性を示すロタキサン型超分子メカノフォアを開発してきた。しかし、合成にかかるコストが高く、また合成が煩雑であるため、大量生産に適していなかった。これらの問題を克服するため、本研究では、機械的刺激により環状ホスト分子の金属イオンの包含・放出を制御することで、新たな超分子メカノフォアの開発を目指す。また、超分子メカノフォアが機械的刺激に対して発光特性変化を示すために必要な力の大きさを一分子レベルで定量評価する方法の確立も目指す。

研究実績の概要

本年度は、昨年度に引き続き、環状ホスト分子を用いた超分子メカノフォアの合成を行い、その機械的刺激に対する発光挙動を調査した。昨年度に確立した、ロタキサン型超分子メカノフォアをヒドロゲルへ導入する方法を基に、本環状ホスト分子をヒドロゲルに導入し、陽イオンを分散したときの蛍光特性変化を観察したが、狙い通りの発光挙動は観察されなかった。この原因として、ヒドロゲル内に多く存在する疎水部位に本分子が取り込まれてしまうことが挙げられた。そこで、より親水的な部位が多いダブルネットワークゲルなどのヒドロゲルへ本環状ホスト分子を導入し、発光挙動を精査した。しかし、いずれのヒドロゲルにおいても、機械的刺激に対して蛍光特性は変化せず、本分子がメカノフォアとして機能しないことが示唆された。
また、原子間力顕微鏡と全反射照明顕微鏡を同時に用いた、一分子レベルにおける超分子メカノフォアの発光挙動を解析する方法についても、昨年度に引き続き検討を行った。これまでは釣り上げ試験において、ガラス基板上に導入された超分子メカノフォアを含むポリマー鎖をカンチレバーがうまく釣り上げることができない問題点があった。そこで、本年度はカンチレバー側にポリマー鎖を導入する手法を試みた。釣り上がる確率は上昇したものの、試料の調製が困難であり、再現性のあるデータを得ることができなかった。
残念ながら本研究の当初の目的を達成することは叶わなかったが、本研究を通して、当研究室が開発している超分子メカノフォアを様々なヒドロゲルやダブルネットワークポリマーといった材料に導入する方法を確立できたことは、今後の超分子メカノフォアの分野の発展に大きく貢献したと考えている。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (2件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Force-Induced Shuttling of Rotaxanes Controls Fluorescence Resonance Energy Transfer in Polymer Hydrogels2023

    • 著者名/発表者名
      Muramatsu Tatsuya、Shimizu Shohei、Clough Jessica M.、Weder Christoph、Sagara Yoshimitsu
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 15 号: 6 ページ: 8502-8509

    • DOI

      10.1021/acsami.2c20904

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] FRET機構を導入した赤色蛍光を示すロタキサン型超分子メカノフォア2022

    • 著者名/発表者名
      村松達也、相良剛光
    • 学会等名
      第71回高分子学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-12-25  

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