多重モード応答型分子履歴認識ゲート膜の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24360326
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 山口 猛央 東京工業大学, 資源化学研究所, 教授 (30272363)
• 研究分担者: 田巻 孝敬 東京工業大学, 資源化学研究所, 講師 (80567438) ; 大橋 秀伯 東京工業大学, 資源化学研究所, 助教 (00541179) ; 大柴 雄平 東京工業大学, 資源化学研究所, 助教 (10708530)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 履歴認識 / ゲート膜 / ポリアンフォライト / 分子認識 / 透過特性 / 自律膨潤収縮

研究実績の概要

平成25年度までに分子認識ポリアンフォライトゲート膜の開発を行ってきた。ポリアンフォライトは正負双方の電荷をポリマー内に共存し、pHの履歴に応じて多重相を取りうる。我々はこれにシグナルイオンの認識が可能なクラウンエーテル部位を導入することで、pHやシグナルイオンの濃度に応じてポリマーサイズが変化する分子認識ポリアンフォライトを開発した。さらに、これを多孔質基材中にグラフト固定化したゲート膜を開発している。
平成26年度は、この分子認識ポリアンフォライトゲート膜の特性解析を進め、pHとシグナルイオン濃度の双方が低い時にのみゲートが開き、それ以外の条件（pH／シグナルイオン濃度 = 高／低・低／高・高／高）ではゲートが閉まるという特徴的な化学的論理ゲート挙動を示すことを明らかにした。またpHの上昇／下降操作に対して、ヒステリシスすなわち履歴認識の挙動をも見出だし、当初の目的である履歴認識ゲート膜としての性質を確認した。
高性能ゲート膜の開発のためには、グラフトに適したポリマー自体の開発も必要になる。我々はそのようなポリマーの一つとして、温度に応答して膨潤収縮するN-isopropylacrylamideポリマーと、ゲスト分子を包接するホスト分子シクロデキストリンを共重合させたポリマーが、ゲスト分子の存在下で自律膨潤収縮する現象を見出だしてきたが、平成26年度はさらに、シクロデキストリンと主鎖間にゲスト分子を導入することで、従来ポリマーでは自律膨潤収縮現象を誘起しないゲスト分子に対しても現象を誘起することに成功している。将来的にはこれらのポリマーをグラフトしたゲート膜の開発が見込まれる。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26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] Development of an aptamer-functionalized molecular recognition gating membrane targeting a specific protein on the basis of the aggregation phenomena of DNA-PNIPAM (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Sugawara,Takanori Tamaki, and Takeo Yamaghchi
  • 雑誌名: Polymer 巻: ***** ページ: ***-***
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2015.02.027
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of Redox Polymer Grafted onto Carbon Black using 2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) as a Biocathode (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Sugiyama, Takanori Tamaki, and Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: Journal of Chemical Engineering of Japan 巻: vol. 47, No. 8 ページ: 704-710
  • DOI: 10.1252/jcej.13we319
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA Molecular Recognition of Intercalators Affects Aggregation of Thermoresponsive Polymer (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Sugawara, Takanori Tamaki, and Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: Polymer Chemistry 巻: vol. 5, No. 16 ページ: 4612-4616
  • DOI: 10.1039/C4PY00600C
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reducing Physical Adsorption of Enzymes by Surface Modification of Carbon Black for High-Current-Density Biofuel Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Takanori Tamaki, Tomoharu Sugiyama, Masahiro Mizoe, Yuhei Oshiba ,and Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: Journal of the Electrochemical Society 巻: vol. 161, No. 13 ページ: H3095-H3099
  • DOI: 10.1149/2.0181413jes
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasma-induced graft polymerization inside pores of porous substrates assisted by an infiltration agent in acidic conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Xueqin Chi, Hidenori Ohashi, Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: Plasma Processes and Polymers 巻: vol. 11, No. 4 ページ: 306-314
  • DOI: 10.1002/ppap.201300109
  • 査読あり
• [学会発表] 水蒸気選択透過細孔フィリング膜の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥田 龍太朗・大橋 秀伯・黒木 秀記・山口 猛央
  • 学会等名: 化学工学会 第80年会
  • 発表場所: 芝浦工業大学
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-21
• [学会発表] 多孔質膜基材へのプラズマグラフト (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯・池 雪琴・黒木 秀記・山口 猛央
  • 学会等名: 膜シンポジウム2014
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-27
• [学会発表] Ion-Recognition Polyampholyte Grafted Membrane: Logistic-Like Gating Property (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Ohashi,Sae Ebina ,and Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: 10th International Conference on Separation Science and Technology
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 2014-10-30 – 2014-11-01
• [学会発表] Ionic Osmotic Pressure Analysis of Morecular Recognition Ion Gating Membrane (2014)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Amamiya,Hidenori Ohashi ,and Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: 10th International Conference on Separation Science and Technology
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 2014-10-30 – 2014-11-01
• [学会発表] 分子内認識を起点とする自律膨潤収縮ポリマー開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯・武井 俊樹・黒木 秀記・宮西 将史・山口 猛央
  • 学会等名: 第63回 高分子討論会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] 細孔フィリング膜を用いた新規水蒸気選択透過膜の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥田 龍太朗・大橋 秀伯・黒木 秀記・山口 猛央
  • 学会等名: 化学工学会第46回秋季大会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Molecular Recognition Gating Membrane Using DNA-conjugated Thermoresponsive Polymer (2014)
  • 著者名/発表者名: Takanori Tamaki, Yuuki Sugawara, Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: IUMRS-ICA2014
  • 発表場所: Fukuoka,JAPAN
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [学会発表] Logistic gating property of ion recognition polyampholyte grafted membrane (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Ohashi, Sae Ebina, Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: The 10th International Congress on Membranes and Membrane Processes
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] Molucular recognition gating membrane composed of DNA-conjugated thermoresponsive polymer (2014)
  • 著者名/発表者名: Takanori Tamaki, Yuuki Sugawara, Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: The 10th International Congress on Membranes and Membrane Processes
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] 多孔質基材へのプラズマグラフト重合におけるナノ細孔内重合制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯・池 雪琴・黒木 秀記・山口 猛央
  • 学会等名: The 31st International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST-31)
  • 発表場所: 千葉大学
  • 年月日: 2014-06-10
• [学会発表] イオン認識ポリアンフォライトグラフト膜のゲート制御特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯・蝦名紗衣・山口 猛央
  • 学会等名: 日本膜学会第36年会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2014-05-12 – 2014-05-13
• [学会発表] Surface Modification of Carbon for High Power Density Biofuel Cell Using High-Surface-Area Electrode Made of Redox-Polymer-Grafted Carbon (2014)
  • 著者名/発表者名: Takanori Tamakii, Masahiro Mizoe, Tomoharu Sugiyama, Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: 225th ECS Meeting
  • 発表場所: Orlando,USA
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-15
• [図書] 膜(第39巻 第6巻350-356頁「高分子分離膜の設計手法と高分子中の分子拡散モデリング」) (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋秀伯・山口猛央
  • 総ページ数: 420(350-356)
  • 出版者: 日本膜学会
• [図書] シンポジウムシリーズ1_分離技術のシーズとライセンス技術の実用化 (23-31頁「生体分子架橋反応とポリマーの体積相転移を利用したゲート膜型バイオセンサーの創製」) (2014)
  • 著者名/発表者名: 黒木秀記・山口猛央
  • 総ページ数: 166(23-31)
  • 出版者: 分離技術会
• [備考] 山口・田巻研究室～燃料電池～バイオマテリアルまで～
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~zairyosys/yamaguchilab/index.html
• [産業財産権] プロトン伝導性材料及びその製造方法、並びに燃料電池の電解質膜 (2014)
  • 発明者名: 小川 敬也・GMアニルクマル・田巻 孝敬・大橋 秀伯・山口 猛央
  • 権利者名: 小川 敬也・GMアニルクマル・田巻 孝敬・大橋 秀伯・山口 猛央
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-192831
  • 出願年月日: 2014-09-22