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2022 年度 実績報告書

生物を模倣した機構で電極上を這動並進するスマートゲルの発動

公募研究

研究領域発動分子科学:エネルギー変換が拓く自律的機能の設計
研究課題/領域番号 21H00407
研究機関長崎大学

研究代表者

相樂 隆正  長崎大学, 工学研究科, 教授 (20192594)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
キーワードハイドロゲル / スマートゲル / 電気化学発動系 / 酸化還元 / ビオロゲン / 急速収縮伸長 / 這動 / 静電相互作用
研究実績の概要

還元反応で大きく収縮、酸化反応で膨張するビオロゲン誘導体修飾ハイドロゲルを対象にした研究と、電極上を並進運動するスマートゲルの脚となるべき電極/ソフトマテリアルの界面の付着と剥離及びそれを制御するための電極側の酸還元活性超薄膜の理想化の研究を推進した。総じて、これら人工的に合成した分子集合体の大きな変形を、一様な環境下での「並進運動」へと変えていくことためには多くの課題が残ったが、新しい方向性も見い出せた。つまり、電極表面とソフトマテリアルを接触させ、電位制御下で剥離させるのに必要な法線方向の張力を測定する機構を設計した。現時点では必要な張力の変化を得るには至っていないが、ターゲットにする系を絞り込むこと、またその結果をゲルの仮足運動実現に応用する見通しを得ることはできた。
・フェロセンを末端に持つSAMを金電極上に被覆し、その表面に押し付けた、あるいはその表面にキャストして合成したポリマー膜がもつスルホン基が、フェロセンが酸化したときの対アニオンとして機能することを見出した。この時、ポリマーがパーフルオロ鎖であることの効果をアルキル鎖を持つ分子を用いた対象実験で明らかにした。
・裸のAu(111)電極表面上で、表面がスルホン化されたラテックスビーズが起こす電位に依存した吸脱着に加え、変形によると推定できる応答を見出した。上述した並進ゲルの脚として、裸の電極であってもスイッチングが可能であることが示唆された。
・フェロセンの代わりに、電極上SAMにもビオロゲンを導入してその酸化状態スイッチングで並進させることを狙い、様々なビオロゲン単分子修飾膜の物性を検討した。例えば、ビオロゲン分子内にアニオンサイトを直結する効果を明らかにし、ビオロゲン-アニオンサイトの相互作用も並進ゲルの脚の制御原理として応用可能である示唆を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Comparison between polycrystalline Au and single-crystalline Au(1 1 1) electrodes as the substrate of a cationic organic monolayer based on their anion dependent redox activities2022

    • 著者名/発表者名
      Sagara Takamasa、Toyohara Masaki
    • 雑誌名

      Journal of Electroanalytical Chemistry

      巻: 919 ページ: 116514~116514

    • DOI

      10.1016/j.jelechem.2022.116514

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anion-dominated Redox Reaction of a SAM of an Alkylthiolated Viologen Bearing a Covalently-attached Intramolecular Sulfonate Group on a Gold Electrode2022

    • 著者名/発表者名
      Toyohara Masaki、Sagara Takamasa
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 90 ページ: 117004~117004

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.22-00099

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Binding of Sulfate-Terminated Surfactants with Different Alkyl Chain Lengths to Viologen Sites Covalently Embedded in the Interior of a Self-Assembled Monolayer on a Au Electrode2022

    • 著者名/発表者名
      Sagara Takamasa、Hagi Youichi、Toyohara Masaki
    • 雑誌名

      Langmuir

      巻: 38 ページ: 979~986

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c02376

    • 査読あり
  • [学会発表] 銀ナノワイヤーを組み込んだビオロゲンペンダント高分子ハイドロゲルの電気化学特性2022

    • 著者名/発表者名
      小田明日香、相樂隆正
    • 学会等名
      第59回化学関連支部合同九州大会、EC-4-024、北九州国際会議場(北九州市)
  • [学会発表] Au電極上フェロセンSAMとスルホネート基を持つイオン種との相互作用2022

    • 著者名/発表者名
      松岡大地、相樂隆正
    • 学会等名
      第59回化学関連支部合同九州大会、EC-4-0028、北九州国際会議場(北九州市)
  • [学会発表] 電位制御下のAu(111)表面のベンゼンスルホネート基を持つ分子の吸脱着2022

    • 著者名/発表者名
      牟田光太朗、相樂隆正
    • 学会等名
      第59回化学関連支部合同九州大会、EC-4-0028、北九州国際会議場(北九州市)
  • [学会発表] Electrochemistry for Powering Molecules and Soft-Matters2022

    • 著者名/発表者名
      Takamasa Sagara
    • 学会等名
      Two Days International Webinar on Recent Advances in Chemical Sciences (RACS-2k22)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 様々な反応場におけるビオロゲン部位のミクロ環境や配向に依存した酸化還元応答2022

    • 著者名/発表者名
      相樂 隆正、豊原 将己、大内 美里、小田 明日香、中居 沙映
    • 学会等名
      2022年電気化学秋季大会
  • [学会発表] Potential Dependent Adsorption and Adhesion of Small Molecules and Macro Soft-Materials Possessing Sulfonate Groups2022

    • 著者名/発表者名
      Takamasa Sagara, Daich Matsuoka, Koutaro Muta
    • 学会等名
      73th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] 電極上でソフトマターを動かす挑戦:ナノ制御するマクロな運動2022

    • 著者名/発表者名
      相樂隆正
    • 学会等名
      長崎県工業技術センター研究会
    • 国際学会
  • [学会発表] Au 電極上フェロセン末端自己集合単分子膜とスルホネート基またはパーフルオロ鎖を持つイオン種との水溶液中における相互作用2022

    • 著者名/発表者名
      松岡大地、相樂隆正
    • 学会等名
      第68回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
  • [学会発表] ITO 電極/シロキサン膜/ビオロゲン系の単分子膜構造の制御と酸化還元挙動2022

    • 著者名/発表者名
      中居沙映、相樂隆正
    • 学会等名
      第68回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
  • [学会発表] 二本のアルキル長鎖を持つビオロゲン分子付着膜及びビオロゲンチオール誘導体SAMの電極反応2022

    • 著者名/発表者名
      相樂隆正、大内美里、豊原将己
    • 学会等名
      電気化学会第90回大会
  • [学会発表] シロキサン基礎膜を修飾したITO電極へのビオロゲンの固定化と酸化還元挙動2022

    • 著者名/発表者名
      中居沙映、相樂隆正
    • 学会等名
      電気化学会第90回大会

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公開日: 2023-12-25  

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