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ニュース『分化』する超分子集合体を発見、その制御に成功(理学部 河合信之輔准教授研究グループ)

2016.12.20

~ファイバーとシートを選択的に作り分け 分子の自己組織化を制御する新手法に道~

概 要
1. 国立研究開発法人物質・材料研究機構 機能性材料研究拠点 分子機能化学グループの杉安 和憲 主任研究員らの研究チームは、静岡大学理学部 河合 信之輔 准教授、京都大学 関 修平 教授らと共同で、分子が自発的に集合して形成される超分子集合体1)について、1つの初期状態から全く異なる2つの状態が得られる『分化現象』を発見しました。さらに、成長の「タネ」として添加する超分子集合体の種類を変えることで、1次元のファイバー状集合体と2次元のシート状集合体を選択的につくり分けることに成功しました。「タネ」の量を調整することで長さや面積も制御できます。分子の自己組織化を制御する新手法として今後の材料創製研究に新たな展開をもたらすと期待されます。

2. 分子が自発的に組織化する現象(自己組織化2))は、ナノスケールの有機材料をボトムアップ的に創製するアプローチとして注目を集めています。しかしながら、自己組織化のプロセスは、熱力学的な安定性のみを反映して自発的に進行するため、思いのままにコントロールすることが非常に困難です。また、得られる集合体のサイズ(長さや面積)はふぞろいであり、均質な材料を得ることはできませんでした。

3. 今回、研究チームは、熱力学的に準安定3)な超分子集合体に関する研究を進めていたところ、ある種の分子について、1つの初期状態から全く異なる2つの状態が得られることを発見しました。本研究は、この『分化』のような現象が、複数の自己組織化過程が複雑に影響を及ぼし合うことで発現されていることを明らかにしました。そして、このメカニズムの理解を推し進めることによって、成長の「タネ」として添加する超分子集合体の種類と量を変えることで、1分子幅のナノファイバーの長さや、1分子厚のナノシートの面積を制御することに成功しました。さらに、これら1次元および2次元の超分子集合体が、同一の分子から構成されているにもかかわらず異なる電子的特性を有していることを明らかにしました。

4. 自己組織化は、材料化学、ナノテクノロジー、バイオテクノロジーなど多岐にわたる学際分野できわめて重要な概念であり、物質の新たな合成手法として注目を集めています。本研究は、自己組織化を制御するための新手法として、今後の材料創製研究に新たな展開をもたらすと期待されます。例えば、生体分子システムのように、時間や場所、状況に応じて分化し、必要な機能を発現するようなスマートマテリアルの設計にも役立つ可能性があります。

5. 本研究は 、文科省科研費新学術領域研究「π造形科学」および「動的秩序と機能」、また、若手研究(A)「非平衡系を操る精密超分子重合」の一環として行われました。

6. 本研究成果は、英国科学雑誌「Nature Chemistry」誌のオンライン版で日本時間平成28年12月20日午前1時(現地時間19日午後4時)に公開されます。(論文:T. Fukui, S. Kawai, S. Fujinuma, Y. Matsushita, T. Yasuda, T. Sakurai, S. Seki, M. Takeuchi, K. Sugiyasu “Control over differentiation of a metastable supramolecular assembly in one- and two-dimensions” Nature Chemistry, DOI: 10.1038/nchem.2684 )

詳細については、以下のプレスリリースをご覧ください。  


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