分子認識を駆使する高分子超構造体の創製と機能

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 分子ナノシステムの創発化学
• 研究課題/領域番号: 20111011
• 研究機関: 崇城大学
• 研究代表者: 新海 征治 崇城大学, 工学部, 教授 (20038045)
• 研究分担者: 田丸 俊一 崇城大学, 工学部, 准教授 (10454951) ; 吉原 大輔 公益財団法人九州先端科学技術研究所, ナノテク研究室, 研究員 (40633409)
• 研究期間 (年度): 2008-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 多糖 / 分子認識 / 超構造 / 機能創発 / 機能性高分子

研究実績の概要

本研究では多元的な分子認識過程を制御し、機能性高分子の能動的集積とその集積化に起因して動的に発現する機能の創発を目指す。
アロステリズムに基づく刺激応答型非線形会合の創発により高感度検出系の構築に成功した。グアディジニウムを有するテトラフェニルエチレン誘導体を用いて、会合体形成により発光する会合誘起型蛍光プローブ（TPE）と標的物質（ATP）との協同的な自己集合により、S字型の非線形蛍光応答が得られることを初めて見出し、蛍光応答に閾値が存在して標的物質のON/OFF検出が可能となることを実証した。これはアロステリックな刺激応答型自己組織化の実現により、標的選択性と劇的なシグナル増幅を創発可能であることを示す。
カードラン（CUR）の側鎖にアミノ基とカルボキシル基を任意の比率で導入した、両性多糖を開発した。この両性多糖の荷電状態はpH依存的に変化し、等電点を示した。等電点付近では凝集体を形成するが、等電点から大きく離れた比較的極端な酸性・塩基性条件では一本鎖構造に解離し完全に溶解した。興味深いことに、会合体を形成する領域と一本鎖構造に解離する領域の間に存在するごく限られたpH領域において、CUR固有の３重らせん構造を形成することが確認された。この様なpH応答型の構造変換はタンパク質の構造特性と類似していることから、本成果は糖を基盤とする非アミノ酸型人工タンパク質の最初の開発例である。等電点付近で形成する凝集体には、核酸や蛍光性物質などの有機分子を取り込むことができ、それらをpH変化に伴う凝集体の解離・溶解に伴って、放出させることに成功した。同様な物質の複合/解離は熱的にも制御可能であった。

現在までの達成度 (段落)

24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

24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] Nonlinear fluorescence response driven by ATP-induced self-assembly of guanidinium-tethered tetraphenylethene (2012)
  • 著者名/発表者名: Noguchi T, Shiraki T, Dawn A, Tsuchiya Y, Ngoc, Lien L.T, Yamamoto T, Shinkai S
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 48 ページ: 8090-8092
  • DOI: DOI:10.1039/C2CC33262K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unexpected chiral induction from achiral cationic polythiophene aggregates and its application to the sugar pattern recognition (2012)
  • 著者名/発表者名: Shiraki T, Dawn, A, Tsuchiya Y, Yamamoto T, Shinkai S
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 48 ページ: 7091-7093
  • DOI: DOI:10.1039/C2CC33162D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supramolecular dye inclusion single crystals created from 2,3,6-Trimethyl-β-cyclodextrin and porphyrins (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Y , Shiraki T, Matsumoto T, Sugikawa K, Sada K, Yamano A, Shinkai S
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 18 ページ: 456-465
  • DOI: 10.1002/chem.201102075
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stereochemistry-dependent, mechanoresponsive supramolecular host assemblies for fullerenes: A guest-induced enhancement of thixotropy (2012)
  • 著者名/発表者名: Dawn A, Shiraki T, Ichikawa H, Takada A, Takahashi Y, Tsuchiya Y, Lien L.T.N, Shinkai S
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 134 ページ: 2161-2171
  • DOI: 10.1021/ja211032m
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fine wettability control created by a photochemical combination method for inkjet printing on self-assembled monolayers (2012)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Y, Haraguchi S, Ogawa M, Shiraki T, Kakimoto H, Gotou O, Yamada T, Okumoto K, Nakatani S, Sakanoue K, Shinkai S
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 24 ページ: 968-972
  • DOI: 10.1002/adma.201104277
  • 査読あり
• [雑誌論文] Creation of chiral thixotropic gels through a crown-ammonium interaction and their application to a memory-erasing recycle system (2012)
  • 著者名/発表者名: Sobczuk A.A, Tsuchiya Y, Shiraki T, Tamaru S.-I, Shinkai S
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 18 ページ: 2832-2838
  • DOI: 10.1002/chem.201103249
  • 査読あり
• [学会発表] アロステリズムの概念を基盤とする機能分子設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 新海征治
  • 学会等名: 分子ナノシステムの創発化学「領域終了シンポジウム」
  • 発表場所: 東京（東京国際フォーラム）
  • 年月日: 2013-02-01 – 2013-02-02
• [学会発表] 水・イオン液体混合系の特殊条件下で進行する自己組織化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田丸俊一,新海征治
  • 学会等名: 分子ナノシステムの創発化学「領域終了シンポジウム」
  • 発表場所: 東京（東京国際フォーラム）
  • 年月日: 2013-02-01 – 2013-02-02
• [学会発表] テトラフェニルエチレン誘導体による生体由来リン酸化合物のセンシング (2012)
  • 著者名/発表者名: 野口 誉夫、志賀 匡宣、大瀬戸 文夫、新海 征治
  • 学会等名: 第6回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 北海道（北海道大学高等教育推進機構）
  • 年月日: 2012-09-06 – 2012-09-08
• [学会発表] 分子集合過程を利用する高S/N 比センサと不斉誘導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 白木 智丈、野口 誉夫、吉原 大輔、Arnab Dawn、土屋 陽一、田丸 俊一、新海 征治
  • 学会等名: 新学術領域「分子ナノシステムの創発化学」第4回全体会議
  • 発表場所: 長野（ホテル志賀サンバレー）
  • 年月日: 2012-08-17 – 2012-08-18
• [学会発表] 会合誘起型蛍光プローブによる生体由来リン酸化合物の高感度検出 (2012)
  • 著者名/発表者名: 野口 誉夫、新海 征治
  • 学会等名: 新学術領域「分子ナノシステムの創発化学」第4回全体会議
  • 発表場所: 長野（ホテル志賀サンバレー）
  • 年月日: 2012-08-17 – 2012-08-18
• [学会発表] シクロデキストリン-ポルフィリン包接錯体の結晶化と光特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 土屋 陽一、新海 征治
  • 学会等名: 新学術領域「分子ナノシステムの創発化学」第4回全体会議
  • 発表場所: 長野（ホテル志賀サンバレー）
  • 年月日: 2012-08-17 – 2012-08-18
• [学会発表] 不斉転写超分子ゲルと非平衡型超分子ファイバー形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田丸 俊一、新海 征治
  • 学会等名: 新学術領域「分子ナノシステムの創発化学」第4回全体会議
  • 発表場所: 長野（ホテル志賀サンバレー）
  • 年月日: 2012-08-17 – 2012-08-18