| 研究課題/領域番号 |
18K14308
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| 研究機関 | 東京医科歯科大学 |
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研究代表者 |
横井 太史 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (00706781)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | リン酸八カルシウム / インターカレーション / 対称性 |
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| 研究実績の概要 |
リン酸八カルシウム（OCP）は層状構造を持ち、その層間にジカルボン酸イオンを導入できる。種々のキラル分子のインターカレーション挙動を調べた昨年度までの研究により、OCPにおけるエナンチオ選択的インターカレーションはメチルコハク酸においてのみ観察され、その他のリンゴ酸やアスパラギン酸のインターカレーションにおいてエナンチオ選択性は確認されなかった。そこで、本年度の研究においては更に広い視野で分子の対称性の観点から、高い対称性の構造を持つテレフタル酸およびこれの誘導体（2,4-フェニレン二酢酸、2,5-ピリジンジカルボン酸）のOCPへの導入挙動を調べた。
これらのカルボン酸水溶液に炭酸カルシウムとリン酸を加えて60℃で6時間反応させることによりサンプルを合成した。合成した試料をX線回折、赤外分光分析、組成分析等により調べ、OCPへのカルボン酸導入の有無を調べた。
サンプルの分析結果から、テレフタル酸は導入できないが、2,4-フェニレン二酢酸と2,5-ピリジンジカルボン酸はOCPに導入できることが分かった。テレフタル酸については合成反応中にOCPよりも難溶性のテレフタル酸カルシウム塩が優先的に析出するためにOCPが生成しなかったと考えられる。一方で、他の2種類の誘導体についてはカルシウム塩の溶解度が大きく、OCPの生成を阻害しなかったため、これらの誘導体をインターカレートしたOCPが生成したと考えられる。
従来からゲスト分子の対称性はOCPへのインターカレーションにおける支配因子と考えられてきたが、それと同時に、カルボン酸カルシウム塩の溶解度が重要な因子であることを実験的に明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では層状リン酸塩におけるゲストの分子対称性に依存したインターカレーションの解明を目指している。初年度の研究において、エナンチオ選択的インターカレーションはリン酸八カルシウム（OCP）に特異的に観察される現象であることを見出し、2年度目においては、エナンチオ選択性からさらに広い意味での分子対称性にフォーカスした研究を展開した。高い分子対称性を有するテレフタル酸、2,4-フェニレン二酢酸および2,5-ピリジンジカルボン酸のOCPへのインターカレーションを試みたところ、テレフタル酸はインターカレーションできなかったが、それ以外はインターカレートできることを見出した。さらに、テレフタル酸が導入できない原因が、カルシウム塩の溶解度が極めて小さく、OCPの生成を強く阻害するためであることを見出した。したがって、高対称性の分子はおおむねOCPにインターカレーションしやすいゲストであると言えることが分かった。ただし、カルシウム塩の溶解度が小さい場合には、インターカレートできないケースがあることも分かった。
以上のことから、層状リン酸塩におけるゲストの分子対称性に依存したインターカレーション挙動の理解は順調に進んでいると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度では、層状リン酸塩へのゲストのインターカレーションを利用した新規材料の創製に向けた検討を行う。具体的には、2年度目の研究においてリン酸八カルシウム（OCP）に高対称性の芳香族ジカルボン酸イオンをインターカレートする方法を見出した。芳香族ジカルボン酸の多くは蛍光性を有するため、OCP由来の生体適合性と芳香族ジカルボン酸由来の蛍光性をあわせ持ったバイオイメージングデバイスになると期待される。また、芳香環の共役系のサイズを変えれば、蛍光性を制御できることも期待される。そこで、最終年度は2年度目に得られた知見を活用し、高対称性芳香族カルボン酸イオンをインターカレートした蛍光性を有するOCPの創製を目指す。
高対称性芳香族カルボン酸水溶液に炭酸カルシウムとリン酸を加えて60℃で6時間反応させることによりサンプルを合成する。合成した試料をX線回折、赤外分光分析、組成分析および分光蛍光光度計により調べ、OCPへの高対称性芳香族カルボン酸のインターカレーションならびに、得られた材料の蛍光特性を明らかにする。
3年間の研究で得られた研究成果を総括し、層状リン酸塩のインターカレーションにおけるゲスト分子の対称性の役割を解明すると同時に、高対称性芳香族カルボン酸をインターカレートしたOCPを利用したバイオイメージングデバイスとしてのポテンシャルを明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた主な理由は、2020年2月頃から新型コロナウイルスの影響によって研究の進捗がやや滞り、それによって当初予定よりも実験消耗品の使用量が少なかったことがあげられる。
しかしながら、次年度使用額は2020年度助成金の直接経費の約0.6%であり、これによる2020年度の助成金使用計画の見直しは必要ないと考えている。
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