分子情報変換機能を有する高分子LB膜の作成

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455442
• 研究種目: 一般研究(B)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮下 徳治 東北大学, 工学部, 教授 (40124630)
• 研究分担者: 青木 純 東北大学, 工学部, 助手 (50250709)
• キーワード: LB膜 / 単分子膜 / 分子認識 / 活性エステル / 生体機能 / アクリルアミド

研究概要

分子素子、生物素子など生体膜の高度な機能を模倣した人工分子組織体の分子設計に関する研究が行われている。生体の持つ高度な機能を人工的に発現させるためには、生体膜に類似した分子の配向、配列の制御や分子配列の高次構造が重要である。この様な目的に適した分子組織体構築法の優れた手法として、Langmuir-Blodgett(LB)法が注目されている。我々は優れた高分子LB膜を形成する長鎖アルキルアクリルアミドポリマーを見いだしている。このポリマーは生体分子と同様、水素結合により自己組織化能を有しており、このポリマーを中心に生体機能導入の研究をおこなう。本研究では、種々の分子情報を電気的信号や光信号などの物理的情報に変換する生体膜類似の超分子組織体を分子設計することを目的としている。
本年度は以下の成果が得られた。
1)長鎖アルキルアクリルアミドポリマーが優れた単分子膜形成能を有し、良質な高分子LB膜を与えることを見いだしている。新たに長鎖アルキルアクリルアミド構造の知見をもとに、先ず生体膜と同様な液晶-ゲル転移を有する単分子膜及びLB膜の探索を二本鎖を有するアルキルアクリルアミド類を中心に検討を行った。表面圧-面積曲線の温度変化による熱力学的考察、LB膜形成能などについてアルキル鎖長の変化による親水-疎水バランスの検討、生体分子と同様に水素結合を利用した分子集合体形成能(自己組織化能)などの評価を行った結果、アルキル鎖長が16、18のジアルキルアクリルアミドが優れた単分子膜、LB膜を形成し、しかも生体膜同様な液晶-ゲル相転移を示すことが明らかになった。これらの単分子膜、LB膜の重合についても成功し、その詳細については検討中である。
2)置換活性の機能団として、活性エステル基の高分子LB膜への導入に成功した。この機能団は容易にアミノ酸や生体分子のアミノ基と置換を行い、高分子単分子膜、LB膜に分子認識機能団や生体分子(ポリペプチド、糖鎖分子)などを導入可能にする。目下導入置換反応の条件について、機能団ごとに検討を行い、詳細を検討中である。
概ね研究は計画通りに進行しており、順調である。特に高分子LB膜中に活性エステル基を導入でき、種々の分子認識機能団の導入が極めて、容易になり導入できることが明らかになったことは大きな成果である。今後、種々の生体分子などへの応用が期待される。

研究成果

• [文献書誌] T.Miyashita: "Spreading Behavior of Polymerizable Monolayers of Acrylamides with Double Alkyl Chains and Polymerization of the LB Films" Thin Solid Films. 260. 217-221 (1995)
• [文献書誌] T.Yatsue: "Electron-Transfer Quenching Accompanied by Highly Efficient Energy Migration in Polymer Langmuir-Blodgett Films" The Journal of Physical Chemistry. 99. 16047-16051 (1995)
• [文献書誌] Y.Ando: "Fabrication of ferrous stearate multilayer films by the Langmuir-Blodgett method" Thin Solid Films. 266. 292-297 (1995)
• [文献書誌] T.Miyashita: "Highly Ordered Structure in Polymerizable N-alkylacrylamide LB Films" Thin Solid Films. (in press). (1996)
• [文献書誌] T.Miyashita: "Frictional Properties of Polymer Langmuir-Blodgett Film for Poly(N-dodecylacrylamide)" Polymer Journal. 27. 1154-1156 (1995)
• [文献書誌] T.Miyashita: "Multidimensional Spectroscopy of Polymers(ACS Symposim Series 598)" M.K.Urban T.Provder,(American Chemical Society), 604 (1995)