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2020 年度 実績報告書

ロタキサン構造を基軸とするナノスケールケミカルデバイスの創製

研究課題

研究課題/領域番号 19H02696
研究機関東京大学

研究代表者

寺尾 潤  東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (00322173)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード1分子センサ / 1分子伝導度測定 / ロタキサン / シクロデキストリン / 分子エレクトロニクス
研究実績の概要

・1分子伝導測定について:BJ法により電極を可動させ,架橋分子に印加した力学刺激を加え,クロミック特性を有するスピロピラン(SP)の1分子伝導特性評価を行った.その結果,整流性を示すI-Vカーブから対称なI-Vカーブへの変化を観測した.DFT計算結果から,整流性はSP体,対称なI-V特性はメロシアニン(MC)由来と示され,力学による1分子の異性化に起因する電気伝導性のスイッチに成功した[Nanoscale, 2020, 12, 7527].
・シグモイド型センサについて:白金 - アセチリド部位を共役鎖内に含有する被覆型分子とルテニウム錯体を導入した分子ワイヤは一酸化炭素に対し高感度センシングし,配位結合に基づくポリマー/モノマーの可逆的な変換を実現した[Nat. Commun. 2020, 11, 408].
・1分子センサについて:分析化学の究極の目標の一つであるアミノ酸の高速識別のために,シクロデキストリンを分子認識部位として有する1分子センサを作製し,pH依存性を伴うリアルタイム伝導度測定により4つのアミノ酸とそれらのエナンチオマーを,数マイクロ秒以内に区別することに成功した.本手法は1分子のタンパク質配列決の簡便な決定法として期待される[Sci. Adv., 2021, 7, abe4365].
・配向制御プラグ分子の合成について:環状分子としてPMαCD,接合部にカルボキシル基を有する配向制御プラグ分子の合成に成功した.このプラグ分子は導電性金属酸化物である酸化インジウムスズの単結晶基板上に凝集することなく分散し接合した.また,X線光電子分光・赤外分光・原子間力顕微鏡・CV測定により単分子性・高い電子輸送能を有することを明らかとした(現在論文投稿中),

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

架橋分子に印加した力学刺激を加え,力学による1分子の異性化に起因する電気伝導性のスイッチに成功した。また、生物型応答であるシグモイド型センサ材料の開発に一種類の高分子材料で始めて成功した。さらに、分析化学の究極の目標の一つであるアミノ酸の高速識別のために,シクロデキストリンを分子認識部位として有する1分子センサを作製し,pH依存性を伴うリアルタイム伝導度測定により4つのアミノ酸とそれらのエナンチオマーを,数マイクロ秒以内に区別することに成功した.また、環状分子としてPMαCD,接合部にカルボキシル基を有する配向制御プラグ分子の合成に成功し、このプラグ分子は導電性金属酸化物である酸化インジウムスズの単結晶基板上に凝集することなく分散し接合しすることを明らかとした。何れも主著者として、IFの高い論文に掲載された。以上の様に当初の計画以上に研究は進展している。

今後の研究の推進方策

分子エレクトロニクス実現のための最重要課題である1分子の伝導度計測に関する研究は,単分子層薄膜を対象とした擬似的な計測(2000年まで:第1ステージ),BJ法の確立による定量的な議論(2012年まで:第2ステージ)を経て,現在は,①分子の持つ短所である熱的不安定性やゆらぎを克服し,②接合分子の損傷や誤動作を集団として補填するための組織化を行い,③機能の集積化による分子デバイスの創製に挑戦すべき段階(第3ステージ)に突入している.今後は,第3ステージの課題①~③に対して,下記の戦略で解決を試みる.①に対しては,環状分子の被覆により導電性共役分子の熱的不安定性やゆらぎを克服する.②の方策として,ナノ空間内で電極表面からプラグ分子を介して,被覆分子ユニットを逐次的に組み上げるボトムアップ的配線法開発し,複数の被覆分子による架橋を実現し,従来の1分子接合の問題点を解決する.③は,様々な有機分子特有の物性を示す機能性分子を任意の箇所に複数導入し,機能の集積化し分子デバイスの創製に挑戦する.

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] A single-molecule electrical approach for amino acid detection and chirality recognition2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Zihao、Li Xingxing、Masai Hiroshi、Huang Xinyi、Tsuda Susumu、Terao Jun、Yang Jinlong、Guo Xuefeng
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 7 ページ: 4365

    • DOI

      10.1126/SCIADV.ABE4365

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Insulated conjugated bimetallopolymer with sigmoidal response by dual self-controlling system as a biomimetic material2020

    • 著者名/発表者名
      Masai Hiroshi、Yokoyama Takuya、Miyagishi Hiromichi V.、Liu Maning、Tachibana Yasuhiro、Fujihara Tetsuaki、Tsuji Yasushi、Terao Jun
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 ページ: 408

    • DOI

      10.1038/S41467-019-14271-2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Change in the rate of pseudo[1]rotaxane formation by elongating the alkyl-chain-substituted diphenylethynylene linked to permethyl α-cyclodextrin2020

    • 著者名/発表者名
      Ishino Saqura、Masai Hiroshi、Shimada Sotaro、Terao Jun
    • 雑誌名

      Tetrahedron Letters

      巻: 61 ページ: 152061~152061

    • DOI

      10.1016/J.TETLET.2020.152061

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suppression of Undesirable Isomerization and Intermolecular Reactions of Double Bonds by a Linked Rotaxane Structure2020

    • 著者名/発表者名
      Miyagishi Hiromichi V.、Masai Hiroshi、Terao Jun
    • 雑誌名

      Chemistry ? An Asian Journal

      巻: 15 ページ: 1890~1895

    • DOI

      10.1002/ASIA.202000350

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanical switching of current?voltage characteristics in spiropyran single-molecule junctions2020

    • 著者名/発表者名
      Tamaki Takashi、Minode Keigo、Numai Yuichi、Ohto Tatsuhiko、Yamada Ryo、Masai Hiroshi、Tada Hirokazu、Terao Jun
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 12 ページ: 7527~7531

    • DOI

      10.1039/D0NR00277A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Macroscopic Change in Luminescent Color by Thermally Driven Sliding Motion in [3]Rotaxanes2020

    • 著者名/発表者名
      Inamori Daiki、Masai Hiroshi、Tamaki Takashi、Terao Jun
    • 雑誌名

      Chemistry ? A European Journal

      巻: 26 ページ: 3385~3389

    • DOI

      10.1002/CHEM.201905342

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Insulated Heteroaromatic Platinum?Acetylide Complexes with Color-Tunable Phosphorescence in Solution and Solid States2020

    • 著者名/発表者名
      Masai Hiroshi、Liu Maning、Tachibana Yasuhiro、Tsuda Susumu、Terao Jun
    • 雑誌名

      The Journal of Organic Chemistry

      巻: 85 ページ: 3082~3091

    • DOI

      10.1021/ACS.JOC.9B02967

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Co-porphyrin functionalized CVD graphene ammonia sensor with high selectivity to disturbing gases: hydrogen and humidity2020

    • 著者名/発表者名
      Sawada K.、Tanaka T.、Yokoyama T.、Yamachi R.、Oka Y.、Chiba Y.、Masai H.、Terao J.、Uchida K.
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: SGGG09~SGGG09

    • DOI

      10.35848/1347-4065/AB6B80

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Complementary Color Tuning by HCl via Phosphorescence-to-Fluorescence Conversion on Insulated Metallopolymer Film and Its Light-Induced Acceleration2020

    • 著者名/発表者名
      Kaneko Shunichi、Masai Hiroshi、Yokoyama Takuya、Liu Maning、Tachibana Yasuhiro、Fujihara Tetsuaki、Tsuji Yasushi、Terao Jun
    • 雑誌名

      Polymers

      巻: 12 ページ: 244~244

    • DOI

      10.3390/POLYM12010244

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 光重合を利用した光加工性材料の創製2021

    • 著者名/発表者名
      金子 隆、ラッセル 豪マーティン、正井 宏、寺尾 潤
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季春年会
  • [学会発表] 二種類の金属錯体テンプレートを鍵とする大員環カテナンの合成戦略2021

    • 著者名/発表者名
      遠田 雄大、坪田 隆之介、正井 宏、寺尾 潤
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季春年会
  • [学会発表] ピレン包接[3]ロタキサンにより架橋したゲルのサーモクロミック発光特性に及ぼす環動効果2021

    • 著者名/発表者名
      中川 智稀、石野 さくら、稲森 大貴、正井 宏、寺尾 潤
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季春年会
  • [学会発表] [1]ロタキサン構造を用いたソルバトフルオロクロミック材料の光物性制御2021

    • 著者名/発表者名
      島田 聡太朗、宮岸 拓路、正井 宏、寺尾 潤
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季春年会
  • [学会発表] 右田-小杉-Stilleカップリング反応の紫外光照射による加速効果2021

    • 著者名/発表者名
      石川 拓実、村田 茉子、正井 宏、岩井 智弘、寺尾 潤
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季春年会

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公開日: 2021-12-27  

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