2017 Fiscal Year Research-status Report
機能性官能基を導入した環状分子からなる中空ナノ粒子の創成
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16K05801
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| Research Institution | Tokushima Bunri University |
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Principal Investigator |
富永 昌英 徳島文理大学, 薬学部, 准教授 (60361507)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 環状化合物 / 自己集合 / 結晶構造 / 動的挙動 / 球状ナノ粒子 / キラリティー / 相転移 / 溶媒効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多種多様な機能性官能基を導入した環状分子ライブラリーから、自己集合性中空ナノ粒子群を作製し、新しい構造・物性・機能を併せもつ機能性ナノ粒子の創出を目的としている。昨年度は、環状分子群を活用した機能性ナノ粒子群の作製と動的挙動ついて、以下の研究を実施した。
（１）ピロメリット酸ジイミドとアダマンタンからなる環状分子を合成し、X線構造解析により三日月状の環状構造であることを明らかにした。ナフタレンジイミドからなる環状分子とは異なり、極性溶媒中で、球状・ネットワーク集合体などの超分子構造を経由しないで結晶が生成した。すなわち、芳香族ユニットの種類が分子集合挙動に重要な役割を果たすことが示唆された。
（２）(R,R)-1,2-シクロヘキサンジアミンまたは(S,S)-1,2-シクロヘキサンジアミンとサリチルアルデヒドを有する二置換アダマンタンからキラル環状イミンを合成した。X線構造解析により、菱形の環状構造であり、分子間相互作用によりbrick wall型のネットワーク構造を形成していた。これに対し、環状化合物のラセミ混合物からはラセミ結晶が得られた。より長軸の長い菱形構造であり、交互に配列することによりカラム構造からなるネットワーク構造であった。環状分子は極性溶媒中、球状ナノ粒子とそれらが融合した凝集体が生成し、最終的に結晶が得られた。一方、ラセミ混合物からも同様な自己集合、結晶化挙動を示したが、結晶生成速度はラセミ結晶のほうが速かった。
（３）アダマンタンを含む環状分子群の中で、極性溶媒中、球状ナノ粒子が融合したネットワーク集合体から凍結乾燥によって、より細いファイバーからなるネットワーク集合体へと形態変化する系を見出した。すなわち、極性溶媒の添加と凍結乾燥により複数の外部刺激に対応した構造・形態変化するマルチ動的システムの開発に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度は、環状分子ライブラリーを用いて、サイズや形状、安定性の異なる多様な球状ナノ粒子群の作製およびその構造制御を目標とした。環状分子の骨格や導入した官能基の種類によって、球状ナノ粒子の内部構造、サイズ・安定性が大きく異なることが分かった。例えば、trans-1,2-シクロヘキサンジアミンから合成した環状分子は極性溶媒中で、コロイド状のナノ粒子が生成する。それに対し、エチレンジアミンから得られた環状分子は類似の条件下で、ベシクル様の中空ナノ粒子が構築された。また、複数の環状分子の混合による多成分ナノ粒子の作製に取り組み、単一成分からなるナノ粒子とは異なる特性を示すことが分かった。一組のキラル環状イミンを合成し、単一の環状イミンの溶液からでは直径40 nmのコロイド状ナノ粒子が得られるが、ラセミ混合物の溶液からはサイズの大きい球状ナノ粒子が生成することが示された。これらの結果から、複数の環状分子をうまく組み合わせれば、多様な構造、サイズ、安定性を示す目的の球状ナノ粒子を構築できる可性がある。
また、上記の知見を活用して、外部刺激によるナノ粒子の構造・形態変化や相転移などの動的システムの構築を目標とした。溶媒の種類や極性、ナノ粒子作製時の温度などを調節することにより、球状ナノ粒子のサイズ・安定性、球状ナノ粒子から他の分子集合体への形態変化、結晶性物質への相転移などの時空間ダイナミクスが異なることが分かった。また、得られた結晶構造は、環状分子のコンフォメーション・形状に加えて、パッキング・配列も溶液中の外部環境や刺激に依存することが示唆された。さらに、複数の外部刺激を用いた際に、中空ナノ粒子の逐次的に形態変化するマルチ動的システムの構築にも成功した。以上の結果・知見は、昨年度の目標をおおむね達成しており、本年度の機能性中空ナノ粒子群の機能開拓に向けて、重要な知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、昨年度までの知見を生かして、環状分子・ナノ粒子ライブラリーを用いて、ナノ粒子の機能・物性の改変および新機能の発現を目指す。特に、以下の点を中心に調査する。（１）中空ナノ粒子の内部空間への蛍光性物質の包接能を検討する。また、外部刺激による中空ナノ粒子のサイズや形態変化を通じて、内包物質の放出を調査し、ドラッグデリバリーシステムの運搬体として利用する。（２）π系分子を連結した中空ナノ粒子を用いて、高輝度・長寿命・高発光のナノ微粒子材料の開発を目指す。また、複数の内包分子を活用した白色発光を検討する。さらに、ゲスト分子の認識による、高選択的なセンシングを実施する。（３）フッ素系官能基を組み入れた中空ナノ粒子の濡れ性を調査し、高耐久・高撥水性のナノ粒子を探索する。（４）プロリン誘導体を組み入れた中空ナノ粒子を作製し、球表面上の複数の活性部位による協同的な効果による高活性・高選択的な分子変換反応の触媒の開発を目指す。
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Research Products
(13 results)
