水圏機能材料の電子・イオン機能開拓

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 水圏機能材料：環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成
• 研究課題/領域番号: 19H05719
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 田中 求 京都大学, 高等研究院, 特任教授 (00706814)
• 研究分担者: 中畑 雅樹 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (40755641)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: 生物着想分子材料 / 半導体電子材料 / 界面制御 / 電子・イオン機能

研究実績の概要

本研究課題は、田中求（研究代表者）の専門である界面制御技術と中畑（研究分担者）が得意とする生物着想型高分子材料を融合させて、材料と水圏環境の界面水和構造を制御することで「水圏で作動する電子・イオン機能材料」の創製およびそのための基礎学理の確立を目的としている。令和5年度の研究実施に当たっては、これまでの成果をさらに大きく発展展開すべく、以下のような計画に沿って研究を推進した。
まず、重金属イオンを選択的に捕捉する生物着想材料については、これまでに論文として発表したQCM-Dや周波数変調AFMを用いた界面水和構造変化の精密計測から最適化した、工業廃水モデルをWHOが定める飲料水レベルまで浄化する水圏環境浄化デバイスの作製に成功した（Preprintとして発表済み、現在修正稿が査読中）。また論文査読者からの助言を取り入れ、さらに有害アニオン（ヒ素）の除去機能に関するデータも論文に追加した。
A01-1加藤らとの共同研究は、液晶超分子膜の選択的イオン輸送のキネティクスを窒化ガリウムデバイスを用いて計測した成果を論文として発表した（J Phys Chem B, supplementary cover）。A01-2辻らとスタートさせた水圏で作動する有機半導体分子層に関する研究については、単分子膜を実際のデバイスに転写した実験を行った。A03-3高島らとの選択的分子選択機能を駆使したメカノバイオ材料による幹細胞制御に関する研究成果もAdv Healthcare Mater (back cover) に論文として発表した。
共通機器であるQCM-Dを用いた公募班・芹澤との研究をACS Appl Biomater (front cover)に、また公募班・長谷川とEu錯体の水中自己会合体を用いたがん細胞検知に関する論文を発表するなど、公募班との共同研究成果を挙げることができた。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] コペンハーゲン大学(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: コペンハーゲン大学
• [国際共同研究] ルンド大学(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: ルンド大学
• [国際共同研究] ハイデルベルク大学/カールスルーエ工科大学/ブレーメン大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハイデルベルク大学/カールスルーエ工科大学/ブレーメン大学
• [国際共同研究] ロレイン大学/ストラスブール大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ロレイン大学/ストラスブール大学
• [雑誌論文] Electrochemical Detection of Selective Anion Transport through Subnanopores in Liquid-Crystalline Water Treatment Membranes (2024)
  • 著者名/発表者名: Sven Mehlhose, Takeshi Sakamoto, Martin Eickhoff, Takashi Kato, Motomu Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 128 ページ: 4537-4543
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.4c00047
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure-changeable luminescent Eu(III) complex as a human cancer grade probing system for brain tumor diagnosis (2024)
  • 著者名/発表者名: Mengfei Wang, Masaya Kono, Yusaku Yamaguchi, Jahidul Islam, Sunao Shoji, Yuichi Kitagawa, Koji Fushimi, Sora Watanabe, Go Matsuba, Akihisa Yamamoto, Motomu Tanaka, Masumi Tsuda, Shinya Tanaka, Yasuchika Hasegawa
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 14 ページ: 778
  • DOI: 10.1038/s41598-023-50138-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Antibacterial Synthetic Nanocelluloses Synergizing with a Metal-Chelating Agent (2024)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Serizawa, Saeko Yamaguchi, Kai Sugiura, Ramona Marten, Akihisa Yamamoto, Yuuki Hata, Toshiki Sawada, Hiroshi Tanaka, and Motomu Tanaka
  • 雑誌名: ACS Appl. Bio Mater. 巻: 7 ページ: 246-255
  • DOI: 10.1021/acsabm.3c00846
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reversible Host-Guest Crosslinks in Supramolecular Hydrogels for On-Demand Mechanical Stimulation of Human Mesenchymal Stem Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Philipp Linke, Natalie Munding, Esther Kimmle, Stefan Kaufmann, Kentaro Hayashi, Masaki Nakahata, Yoshinori Takashima, Masaki Sano, Martin Bastmeyer, Thomas Holstein, Sascha Dietrich, Carsten Mueller-Tidow, Akira Harada, Anthony D. Ho, and Motomu Tanaka
  • 雑誌名: Adv. Healthcare Mater. 巻: 13 ページ: 2302607-1/17
  • DOI: 10.1002/adhm.202302607
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Delivery of Probiotics and Enzymes in Self-assemblies of Lipids and Biopolymers Based on Colloidal Principles (2023)
  • 著者名/発表者名: Jens Risbo, Tommy Nylander, and Motomu Tanaka
  • 雑誌名: Front. Soft Matter 巻: 3 ページ: 1257688-1/20
  • DOI: 10.3389/frsfm.2023.1257688
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bio-Metamaterials for Mechano-Regulation of Mesenchymal Stem Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Natalie Munding, Magdalena Fladung, Yi Chen, Marc Hippler, Anthony D. Ho, Martin Wegener, Martin Bastmeyer, and Motomu Tanaka
  • 雑誌名: Adv. Funct. Mater 巻: 33 ページ: 2301133-1/11
  • DOI: 10.1002/adfm.202301133
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Thermodynamics and Viscoelastic Property of Interface Unravel Combined Functions of Cationic Surfactant and Aromatic Alcohol against Gram-Negative Bacteria (2023)
  • 著者名/発表者名: Ippei Furikado, Taichi Habe, Shigeto Inoue, and Motomu Tanaka
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 39 ページ: 8523-8531
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c00862
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Physical Biomarkers for Human Hematopoietic Stem and Progenitor Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Motomu Tanaka, Judith Thoma, Laura Poisa-Beiro, Patrick Wuchter, Volker Eckstein, Sascha Dietrich, Caroline Pabst, Carsten Mueller-Tidow, Takao Ohta, and Anthony D. Ho
  • 雑誌名: Cell & Development 巻: 174 ページ: 2023845-1/10
  • DOI: 10.1016/j.cdev.2023.203845
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Higher-Order Mesoscopic Self-Assembly of Fluorinated Surfactants on Water Surfaces (2023)
  • 著者名/発表者名: Motomu Tanaka, Marie Pierre Krafft, and Andreea Pasc
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 15 ページ: 23-1/14
  • DOI: 10.1038/s41427-023-00466-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Wnt/β-Catenin Signaling Induces Axial Elasticity Patterns of Hydra Extracellular Matrix (2023)
  • 著者名/発表者名: Mariam Veschgini, Ryo Suzuki, Svenja Kling, Hendrik O. Petersen, Bruno Gideon Bergheim, Wasim Abuillan, Philipp Linke, Stefan Kaufmann, Manfred Burghammer, Ulrike Engel, Frank Stein, Suat Oezbek, Thomas W. Holstein, and Motomu Tanaka
  • 雑誌名: iScience 巻: 26 ページ: 106416
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.106416
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 水圏機能材料の電子・イオン機能開拓 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田中 求
  • 学会等名: 日本化学会CSJ化学フェスタ
• [学会発表] Bio-metamaterials: Mechanical Regulation of Single Mesenchymal Stem Cells by Unit Cell Arrangement (2023)
  • 著者名/発表者名: 田中 求
  • 学会等名: Metamaterials 2023:The 17th International Congress on Artificial Materials for Novel Wave Phenomena,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Morphological dynamics of mouse pancreatic cells from different precancerous lesions (2023)
  • 著者名/発表者名: 山本 暁久
  • 学会等名: 28th International Conference on Statistical Physics, Statphys28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 物理と数理で『測り』臨床医学につなげる細胞運動と組織秩序 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山本 暁久
  • 学会等名: 2023年度統合講義「医学と数理及び工学」
  • 招待講演
• [学会発表] 異なる前癌病変に由来するマウス膵癌細胞変形運動ダイナミクス (2023)
  • 著者名/発表者名: 山本 暁久
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 重金属イオン認識タンパク質を範とする生物着想型合成高分子の設計と水圏環境浄化への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中畑 雅樹, 角谷 歩惟, 池本 夕佳, 中村 貴志, 山本 暁久, 境 慎司, Kaufmann Stefan, 田中 求
  • 学会等名: 第72回高分子討論会