非平面共役分子の動的解析に基づく組織化法の開発

• 研究領域: 理論と実験の協奏による柔らかな分子系の機能の科学
• 研究課題/領域番号: 26104541
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 中西 和嘉 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (20401010)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 分子集合体 / 共役分子 / 界面 / 構造制御

研究実績の概要

共役分子の構造を制御することは，その分子の分光学的･電子的特性を制御することに他ならない．これまで，分子構造の自由度（柔らかさ）を抑えることで，物性制御を行う研究が多くなされてきた．これに対し，本研究では，分子が本来持つ柔らかさを利用して，動的に物性を制御する方法を確立することを目標としている．初年度より，モデル分子（ビナフチル）を用い，柔らかな分子の動的構造制御を行うことを目標としてきた．初年度では分子を気水界面で単分子膜として扱い，外的な力を加えることにより，分子の構造制御が可能であることを見いだした．本年度は，さらに理論計算による解析を進め，外力による分子構造変化の詳細を明らかにした．
これまでに，低次元化，すなわち，３次元から２次元に次元を落とし，制御すべき要素を単純化することによってナノマテリアルの構造・機能制御を可能としてきた．本研究でも，分子を用いる場を３次元溶液中ではなく，２次元気水界面とすることで，制御すべき項目を単純化し，外的な力によって分子マシンの構造制御が可能であることを見いだした．すなわち，二次元気水界面上でペンチに類似した形を持つ両親媒性ビナフチルの二面角を外力により制御でき，ペンチが開閉する動きを模することを見いだした．理論計算によるシミュレーションと観測結果を比較し，この分子ペンチの開き具合を表す角度は，安定構造である－90度から，圧縮により－80度まで鋭角方向に変化することが分かった．また，単分子膜の圧縮と拡張により，この分子の閉開は連続して起こすことが可能であることも確認した．本研究では，徐々にビナフチル分子に力学的エネルギーを与え，開き具合を－80度に変形するのに0.94 kcal/molを与えた．

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Highly Ordered 1D Fullerene Crystals for Concurrent Control of Macroscopic Cellular Orientation and Differentiation toward Large-Scale Tissue Engineering (2015)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Minami, Yuki Kasuya, Tomohiko Yamazaki, Qingmin Ji, Waka Nakanishi, Jonathan P. Hill, Hideki Sakai, and Katsuhiko Ariga
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 27 号: 27 ページ: 4020-4026
  • DOI: 10.1002/adma.201501690
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanochemical Tuning of the Binaphthyl Conformation at the Air-Water Interface (2015)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Ishikawa, Taizo Mori, Yusuke Yonamine, *Waka Nakanishi, *David L. Cheung, Jonathan P. Hill, and *Katsuhiko Ariga
  • 雑誌名: Angew. Chem.-Int. Edit. 巻: 54 号: 31 ページ: 8988-8991
  • DOI: 10.1002/anie.201503363
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Vortex-Aligned Fullerene Nanowhiskers as a Scaffold for Orienting Cell Growth (2015)
  • 著者名/発表者名: Venkata Krishnan, Yuki Kasuya, Qingmin Ji, Marappan Sathish, Lok Kumar Shrestha, Shinsuke Ishihara, Kosuke Minami, Hiromi Morita, Tomohiko Yamazaki, Nobutaka Hanagata, Kun’ichi Miyazawa, Somobrata Acharya, Waka Nakanishi, Jonathan P. Hill, and Katsuhiko Ariga
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 7 号: 28 ページ: 15667-15673
  • DOI: 10.1021/acsami.5b04811
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In situ 2D-extraction of DNA wheels by 3D through-solution transport (2015)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Yonamine *ab, Keitel Cervantes-Salguero *c, Waka Nakanishi *a, Ibuki Kawamata c, Kosuke Minami a, Hirokazu Komatsu a, Satoshi Murata *c, Jonathan P. Hill ab and Katsuhiko Ariga *ab
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 17 号: 48 ページ: 32122-32125
  • DOI: 10.1039/c5cp05765e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thin Film Nanoarchitectonics (2015)
  • 著者名/発表者名: *Katsuhiko Ariga , Qingmin Ji, Waka Nakanishi, Jonathan P. Hill
  • 雑誌名: J. Inorg. Organomet. Polym. 巻: 25 ページ: 466-479
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoarchitectonics: a new materials horizon for nanotechnology (2015)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiko Ariga, Qingmin Ji, Waka Nakanishi, Jonathan P. Hill and *Masakazu Aono
  • 雑誌名: Mater. Horiz. 巻: 2 号: 4 ページ: 406-413
  • DOI: 10.1039/c5mh00012b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disilanyl double-pillared bisternaphthyl (SiDPBT): Synthesis and interfused packing structures with herringbone and π-stack motifs (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi, W.; Matsuyama, N.; Hara, D.; Saeki, A.; Hitosugi, S.; Seki, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 9 号: 7 ページ: 1782-1785
  • DOI: 10.1002/asia.201402290
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bioactive nanocarbon assemblies: Nanoarchitectonics and applications (2014)
  • 著者名/発表者名: Waka Nakanishi,* Kosuke Minami, Lok Kumar Shrestha, Qingmin Ji, Jonathan P. Hill, Katsuhiko Ariga*
  • 雑誌名: Nano Today 巻: 9 号: 3 ページ: 378-394
  • DOI: 10.1016/j.nantod.2014.05.002
  • 査読あり
• [学会発表] Developments of Assembly of Nonplanar Conjugated Molecules Based on Dynamic Analysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Waka Nakanishi
  • 学会等名: KAKENHI International Symposium on "Studying the Function of Soft Molecular Systems
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-07-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bioactive nanocarbon assemblies: Nanoarchitectonics and applications (2015)
  • 著者名/発表者名: W. NAKANISHI
  • 学会等名: 日仏先端科学シンポジウム(JFFoS)
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2015-01-23 – 2015-01-25
  • 招待講演
• [学会発表] 気液界面における共役分子の構造・物性制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中西和嘉, 石川大輔, 与那嶺雄介, 森泰蔵, 榊原圭太, Jonathan P.Hill, 有賀克彦
  • 学会等名: 第25回基礎有機化学会討論会
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-09
• [学会発表] 気液界面における共役分子の構造・物性制御ー二次元場で働くマシン (2014)
  • 著者名/発表者名: 中西和嘉, 石川大輔, 与那嶺雄介, 森泰蔵, 榊原圭太, Jonathan P.Hill, 有賀克彦
  • 学会等名: 第65回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2014-09-03
• [学会発表] Control of Structures and Properties of Non-planar Conjugated Molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: W. NAKANISHI
  • 学会等名: MASA 2014 -The International Symposium on Material Architectonics
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2014-07-18
  • 招待講演