【研究領域課題番号】21H01627 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自己集積 / 自己組織化 / バイオミネラル / 結晶成長 / バイオミメティック / 自己集合 / ナノ材料 / ナノ結晶

【研究成果の概要】

研究目的は、ナノブロックが規則配列した「メソクリスタル」を大規模化して実用的なデバイスへと発展させ、多彩な融合機能を開拓することである。ここでは、マイクロパターン化されたフレームを用いて多様な無機結晶ナノブロックを任意な組成・結晶方位・サイズで集積させた大規模メソクリスタルを構築する。無機ブロックのメソクリスタルが、高強度・イオン伝導性・誘電性などの第1機能を担い、フレームと挿入分子が、柔軟性・刺激応答性などの第2機能を担い、全体として実用的なデバイスへと発展させる。これにより、高強度と柔軟性併せ持つ構造材料、センシングや構造色およびエネルギー変換や生体親和性などを併せ持つ機能材料などの「融合機能材料」を実現する。
前述した目的を達成するため、2021年度では、研究の第1段階として配列と機能発現に適した結晶ナノブロックの設計・合成と分散媒蒸発による初期的な配列を試みた。ここでは、生体構造材料としてフッ素アパタイトや炭酸カルシウムのナノロッド、環境親和材料として硫酸ストロンチウムなナノロッド、蛍光材料としてハロゲン化鉛ペロブスカイトナノキューブ、磁性材料として酸化鉄ナノキューブ、誘電材料としてチタン酸バリウムナノキューブ、光学材料としてシリカナノ粒子や粘土ナノシートを合成した。それぞれが分散媒蒸発にともなう移流集積法などの適切な方法を用いることで規則配列が可能であることを検証した。特に、フッ素アパタイトナノロッドを用いた配列制御では、親和性と蒸気圧が異なる2成分の分散媒を用いることで、垂直・水平・ランダム配列の多規模なコントロールに成功した。これは、大規模メソクリスタルの構築の基礎的な知見として重要である。また、大規模配列の手本とし、サンゴ、放散虫、有孔虫のナノ構造の解析を進め、メソクリスタル構造と機能の相関性に関する新たな知見を得た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究領域課題番号】20H02564 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自己組織化ペプチド / ナノ材料 / ナノ界面 / 信号伝達 / 自己組織化 / ペプチド / ナノシート

【研究成果の概要】

細胞から放出される特定のイオンに結合するペプチド感応膜の設計・開発を行なった。ヒスチジンや電荷を有するアミノ酸はイオンとの強い相互作用が知られており、ヒスチジンが多数繰り返し配列に存在するペプチドを作製し、これに金属イオンがどのように反応するかを電気的に計測した。これに加えて、ペプチドの自己組織化がイオンとの相互作用によって影響を受ける可能性が考えられたため、これらを原子間力顕微鏡を用いて観測した。その結果、これらのペプチドは非常に高い感度でイオンと相互作用することがわかった。
また、二硫化モリブデン(MoS2)のデバイスを使用して、細胞接着によるデバイス信号応答を評価するため、細胞接着させたデバイスのその場観測が可能なシステムの最適化を行った。その後、取り扱いが比較的簡便なマウス線維芽細胞(3T3)の活動をリアルタイムで計測するセンシング・プラットフォームとして、蛍光顕微鏡に分光器を接続した顕微分光システムを開発した。さらにMoS2発光測定において、細胞からの影響（細胞接着および、イオンなどの細胞からの放出物）をよりコントラスト良く可視化するため、MoS2合成条件の最適化を行い、酸素欠陥の導入によりより蛍光に変化の出やすいMoS2を合成することに成功した。また培養液の自家蛍光を低減のため、培地の選定を再度検討した結果、細胞培養に影響を与えず、自家蛍光を抑えることに成功した。これより、MoS2発光測定によって細胞接着の様子を可視化するための予備技術が整った。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】17K14662 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

TMDC / FET / 自己組織化 / 先端機能デバイス / マイクロ・ナノデバイス / 表面・界面物性 / ナノ材料

【研究成果の概要】

本研究の目的は2次元有機/無機材料界面の制御による二硫化モリブデン（MoS2）電界効果トランジスタ（FET）の閾値電圧(Vth)調整と正のVth動作を実証する事である。ゲート電極に白金（Pt）金属を用い、酸化アルミニウム（AlOx）表面への自己組織化有機単分子膜（SAM）形成によって界面トラップを抑制し正のVth(0.15V)を実証した。Ptゲート電極はアルミニウム（Al）ゲート電極と比較して正の方向へ約1VのVthシフトを示し、PtとAlの仕事関数差を反映している。

【研究の社会的意義】

2次元半導体材料の二硫化モリブデン（MoS2）は移動度が高く、未結合手が無いため化学的、電気的に安定な材料である事から次世代低消費電力エレクトロニクスに向けたFETのチャネル材料として期待されている。本研究によって素子特性で最も重要な閾値電圧制御をMoS2 FETで確立し、正の閾値電圧を実証できた事は次世代低消費電力エレクトロニクスに向けた大きな一歩となり2次元半導体材料の可能性を示す事ができた考えている。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】高分子・繊維材料

【研究領域課題番号】17H01223 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自己組織化 / ハニカムスキャフォールド / ラマン散乱 / 微粒子 / 幹細胞 / 原子間力顕微鏡 / フェイズフィールド / バイオナノテクノロジー / ハニカムフィルム / 分化 / 高分子構造・物性 / 発生・分化 / バイオテクノロジー / ナノ材料 / 応用数学

【研究成果の概要】

弾性率制御されたハニカムスキャフォールドの作製法を確立し、ヒト間葉系幹細胞（hMSC）やiPS細胞などの幹細胞および神経系細胞などについてその接着・増殖・分化をモニタリングすることに成功した。これらのデータベースを基に特徴的な分化制御能を与える材料変面条件を得ることに成功した。また、Coupled Cahn-Hilliard方程式を基にした高分子微粒子構造制御の理論モデル構築に成功し、本モデルを基に自己組織化による有機無機コンポジット微粒子の作製に成功した。磁性粒子と金ナノ粒子をコンポジットした高分子微粒子は液中で磁場によって任意の部位のラマン散乱測定が可能であることを明らかとした。

【研究の社会的意義】

幹細胞の分化制御は再生医療において重要な技術であり、これまでサイトカインや遺伝子導入など、液性因子を用いた分化誘導が行われてきた。本研究は幹細胞の培養環境であるスキャフォールドの構造と力学物性が幹細胞の接着・増殖・分化に与える影響を明らかとするものであり、本研究により明らかにされた幹細胞分化とスキャフォールド等の培養条件の相関は、再生医療の発展に資するものである。
さらに本研究で開発した微粒子による局所部位でのラマン散乱計測プローブは、細胞などの液体中でも特定の位置の化学物質の動態情報を３次元的に取得することを可能にするものであり、上記のスキャフォールドによる幹細胞分化機序の解明に貢献する。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】43,290千円 (直接経費: 33,300千円、間接経費: 9,990千円)

【研究分野】ナノマイクロシステム

【研究領域課題番号】16H05973 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ペプチド / 原子薄膜 / バイオセンサ / 平面脂質膜 / 二硫化モリブデン / 自己組織化 / ２次元材料 / ナノバイオ / ナノ材料 / マイクロ・ナノデバイス / 生体材料

【研究成果の概要】

原子薄膜を生体分子で修飾した新しいセンサ界面の構築を目指した本研究では、ペプチドだけでなく脂質がMoS2原子薄膜の電子状態にどのような影響を与えるのかについての基礎情報を得ることに成功した。特に、MoS2がその界面における電気化学的なイオンの状態に敏感に反応し、その電子状態を変調させることがわかった。その変調は、表面の自己組織化ペプチドによっても変化することがわかり、ペプチドによる界面設計の可能性が示された。
今後は、より実用的なセンシングを可能にするため、形成する平面脂質膜をより多様な組成で形成する。その脂質膜に他の生体分子を修飾し、さらなる機能を付加するなどの工夫が必要と考える。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】26,390千円 (直接経費: 20,300千円、間接経費: 6,090千円)

【研究分野】反応工学・プロセスシステム

【研究領域課題番号】16K14468 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ粒子 / アッセンブリ / ビルディングブロック / DDS / ドラッグデリバリー / 集合体 / 有機半導体ポリマー / 環境応答性 / イメージング / ナノ材料 / ナノバイオ / 自己組織化 / 高次構造

【研究成果の概要】

金属や半導体など、非生分解性のナノ粒子を生体内で用いる際、粒子が体外に排泄されるためには粒径がシングル nm以下であることが必要だが、腫瘍組織への集積には100 nm程度が望ましい。このサイズのジレンマを解消するため、本研究では金ナノ粒子と有機半導体ポリマー蛍光ナノ粒子をビルディングブロックとして使用し、100 nm程度のナノ粒子集積体を作製した。作製された集積体は腫瘍環境に応答して一次粒子の状態まで分解した。これにより、腫瘍集積後の速やかな排泄が期待される。さらに、光増感剤を蛍光ナノ粒子中に封入することで、その光機能や抗腫瘍効果を腫瘍環境に応答して発現させられることを示した。

【研究の社会的意義】

非生分解性ナノ粒子の腫瘍への集積と対外への排泄の両立は、医療分野での応用において共通した課題であった。本研究で開発された手法はビルディングブロックの粒子の種類によらず適用可能であると考えられるため、機能性ナノ粒子を画像診断や薬物送達などに応用していく上で、汎用的なプラットフォームとして発展していくことが今後期待される。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】高分子・繊維材料

【研究領域課題番号】16K14074 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子機械 / 開環重合 / 高分子機械 / 主鎖型高分子機械 / 高分子トポロジー / 粘弾性 / 流動性 / 高分子アーキテクチャ / 刺激応答材料 / 自己組織化 / 高分子合成 / 高分子構造・物性 / 超分子化学 / ナノ材料

【研究成果の概要】

本研究では、環ひずみを誘起可能な環状分子機械をモノマーに、主鎖繰り返し単位が分子機械からなる主鎖型高分子機械を合成した。一方、紫外光照射下で切断されるが非照射化では再形成する共有結合を駆使することで高分子トポロジーの組換えを数分以内に達成できる物質の開発に成功し、無溶媒下で粘弾性を制御可能な物質、さらには流動・非流動状態をも制御可能な機能物質の創製に成功した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】機能物性化学

【研究領域課題番号】15H05481 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自己組織化 / ペプチド / 配位結合 / フォールディング / ナノ構造 / 結晶材料 / ナノ材料 / 分子認識 / 超分子化学

【研究成果の概要】

短いペプチドと金属イオンを混ぜ合わせることで自発的に組み上がる細孔性ペプチド結晶は、簡便な合成法ながら精密なナノ空間を有する。本研究では、用いるペプチドの化学修飾により、ナノ空間のサイズを1.5～2.8ナノメートルまで系統的に作り分けることに成功し、そのサイズに応じた分子包接挙動を明らかにした。さらに、ペプチド配列設計に基づき、ユニークな絡まり構造をもつ分子や天然に存在するβバレル構造の精密模倣構造の創出にも新たに成功した。

【研究の社会的意義】

自然界のタンパク質の精密かつ機能的な分子構造は、長いペプチド鎖の非常に複雑な自己組織化過程を経て構築され、これを人工的に模倣することは合成学的に未だ不可能である。本研究では、短いペプチド鎖と金属イオンを混ぜ合わせる独自の自己組織化方法を考案し、簡便な合成法ながら様々な新奇ナノ構造の構築に成功した。これらはタンパク質の精密な模倣を可能にするとともに、前例のないユニークなトポロジー構造も含まれ、ナノ構造構築における革新的な合成手法としての学術的意義を示すものである。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円)

【研究分野】ナノ材料工学

【研究領域課題番号】15K04620 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ材料 / 自己組織化 / 結晶成長 / マイクロ・ナノデバイス / 脱濡れ / 微細加工

【研究成果の概要】

汎用性の高いスパッタ法により成膜した薄膜の脱濡れ（熱凝集）現象を用いて、特異な形状や良質な結晶構造を有する多種・多様な自己組織化機能性ナノ材料を作製した。我々は、機能層と基板との間に、シード層と呼ばれる薄膜層を導入することで自己組織化を促進させ、良質な薄膜構造を発生させる、低コストなボトムアップ型のナノ材料創製技術を開発した。本手法を用いて、我々はナノ材料の形や大きさに関してより緻密な制御を行うと供に、得られた知見から、本研究における脱濡れの詳細メカニズムを結晶成長学的見地から考察した。更に、ナノ材料の多層化や意図した構造制御によって、作製したナノ薄膜材料の機能性の向上を図った。

【研究の社会的意義】

本研究により、生産性やコスト面に優れた成膜法（スパッタ法）を用いて作製した薄膜を熱することで脱濡れ（熱凝集）を施し、自己組織化によって良質な機能性ナノ材料を、従来の手法と比較して、比較的容易に得ることが可能となった。本作製手法の開発により、自己組織化形成技術としてナノ材料作製における選択肢が増え、より多くの研究従事者に利用され、応用されることで、新素材や新たな高密度・高機能素子の開発に繋がるものと考えられる。本研究により得られたナノ材料は、化学的に合成されたナノ粒子や、従来の脱濡れ手法により作製されたナノ材料に比べ、結晶構造有しているため、今後のナノ科学の機構解明にも役立つものと考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】高分子・繊維材料

【研究領域課題番号】15H03862 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ポリマーブラシ / 自己組織化 / ブロックコポリマー / 水界面 / 高分子構造・物性 / ナノ材料 / 表面・界面物性 / 界面 / QCM / 中性子反射率

【研究成果の概要】

動的ポリマーブラシは、NRでは追跡の困難な短い時間スケールで形成することが予想されるため、時間分解能が高く、高感度の測定が可能なQuartz CrystalResonator (QCR)により、水／ポリマー界面での動的ポリマーブラシ形成を追跡した。水中での水晶発振の複素周波数変化は、動的ポリマーブラシの粘度に敏感であり、低濃度から急激に増加する性質を示すため、動的ポリマーブラシの生成をより高感度に測定できた。その結果、生え変わりの時間は数十秒かそれ以下で起こり、極めて速い修復が行われることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】無機化学

【研究領域課題番号】25620038 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ材料 / 複合材料・物性 / 自己組織化

【研究成果の概要】

固体材料の機能性は、その組成や結晶構造のみならず、粒子形態にも大きく依存する。有機添加剤を用いて合成された無機材料は、官能基の間に働く様々な相互作用（水素結合やπ-π相互作用など）の活用により、熱力学的に安定な等方性粒子（球や立方体）のみならず、異方性粒子（一次元ロッドや二次元シート）や高指数面が露出した多面体粒子としても得られる。一方、無機材料のなかでも無機イオン性化合物は、等方的かつ長距離に働くクーロン相互作用により構築されるため、粒子形態の制御が困難である。本研究を通じて、無機イオン性化合物の粒子形態を制御する手法を提案し、粒子形態に立脚した機能開拓を行った。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】無機化学

【研究領域課題番号】25288025 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ材料 / 複合材料・物性 / 自己組織化

【研究成果の概要】

資源の少ない我が国において，エネルギーや物質の有効利用を可能にする高機能材料の開発は，重要な課題の一つである．本研究では，分子性イオンをモチーフとした多孔性イオン結晶の合成を行い，既存の多孔体（ゼオライトや配位高分子錯体）とは異なる機能性を見出した．具体的には，多孔性イオン結晶の特長である，結晶格子内の電場勾配，構成ブロック間に強い結合がないために構成ブロックに構築した吸着点や反応活性点を結晶化後も活用できる，構造柔軟性，を活かし，セシウムイオンの高容量・高選択的吸着，メソ細孔（孔径＞２ナノメートル）の構築と高いプロトン伝導性と酸触媒機能を明らかにした．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)

【研究分野】材料加工・処理

【研究領域課題番号】24560874 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ材料 / 自己組織化 / 微細加工 / 脱濡れ / 熱凝集 / 結晶成長 / マイクロ・ナノデバイス / ナノデバイス / 局在表面プラズモン共鳴

【研究成果の概要】

二層（シード層促進）凝集現象を用い、自己組織化金属ナノ構造薄膜をスパッタ法により作製した。基板とAuやAg層の間に薄い金属シード層（Ti、Fe等）を挿入することで、熱凝集が促進され、良質なナノ構造（ドットやロッド）が形成されることを実証した。二層凝集法を用いると、 (1)薄膜と基板との付着力向上、(2)凝集温度の減少、(3)エピタキシャル成長の促進、(4)基板対称性を反映したナノ構造の形成がなされる。凝集促進のメカニズムは、主に薄膜全体の表面エネルギーの最小化と二層化による熱応力の増加によるものと考えられる。二層凝集法で作製したAu、Agナノドットの光学特性についても調べた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】機能物質化学

【研究領域課題番号】23245030 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

構造・機能材料 / 液晶 / 自己組織化 / 超分子化学 / ナノ材料 / 電子・電気材料 / 分子集合体

【研究成果の概要】

本研究プロジェクトでは、新しい電荷輸送性液晶物理ゲルの開発に焦点をあて、次に示す電子活性自己組織化材料を構築した：（１）スルホニル基の双極子相互作用による一次元組織化を活用した電場配向性カラムナー液晶の開発、Ｘ字分子構造を有するピレンオリゴチオフェン共役カラムナー液晶／水素結合性自己組織化ファイバーからなるホール伝導性液晶物理ゲルの創製およびメカノクロミック発光材料の構築、（３）磁性およびレドックス活性を示す安定有機ラジカル部位を有するアミノ酸誘導体の自己組織化ファイバーの開発と配向制御。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)

【研究分野】無機工業材料

【研究領域課題番号】23350098 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ材料 / 自己組織化 / 表面・界面物性 / 複合材料・物性 / ナノ粒子

【研究成果の概要】

我々は以前、50nm以下のサイズ領域で粒子径の制御が可能な単分散球状シリカナノ粒子をグラムオーダーで合成する手法を確立した。この粒子はコロイド分散液として得られ、ボトムアッププロセスによる材料開発における優れたナノビルディングユニット(NBU)となり得る。本研究では、単分散球状シリカナノ粒子のさらに簡便な合成法を開発するとともに、粒子の組成、形状、内部構造などを多様化し、種々のNBUを得ることに成功した。さらに、液相中でNBU間に働く相互作用を制御し、NBUを一次元から三次元の各種次元へと自己集合させる方法を確立した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】20,150千円 (直接経費: 15,500千円、間接経費: 4,650千円)

【研究分野】生産工学・加工学

【研究領域課題番号】23360065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロナノデバイス / 機械工作・生産工学 / 先端機能デバイス / ナノ材料 / 精密部品加工 / 自己組織化 / 光学特性 / マイクロ・ナノデバイス / 機械加工 / 超精密加工 / 光学機能 / マイクロアレイ / ナノインプリント / 薄膜モールド / ナノ・マイクロ加工 / ナノドット / 塑性加工 / ナノデバイス / 局在表面プラズモン共鳴 / インプリンティング / 薄膜

【研究成果の概要】

本研究は、数10nmレベルの金ナノドットアレイを製造するための低コストで効率的なプロセスを開発することを目的としている。本研究では以下の３つの成果を得た。本研究により、①超微細塑性加工法によるパターニングと焼鈍による自己組織化により直径10nmレベルの金ナノドットアレイを創出できることを示した。②パターニングにナノインプリント法を用いることにより効率的にナノドットアレイを作製できることを示した。③ナノドットアレイの光学的特性を評価し、工業的応用の可能性を示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】ナノ構造科学

【研究領域課題番号】22310058 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ材料 / 複合材料・物性 / 自己組織化 / 触媒・化学プロセス

【研究成果の概要】

エネルギーや物質の有効利用を可能にする機能性固体の開発は重要課題の一つである。本研究では、ナノサイズの金属酸化物クラスターを、金属錯体や単核金属陽イオンと複合化することにより、細孔の径・体積・次元性、ゲスト分子に対する親和性が制御された機能性空間を有するイオン結晶(複合体)が構築されることを見出した。さらに、結晶格子内へのゲスト分子の吸着過程・状態をin-situ分光法、X線回折法や量子化学計算を用いて解析し、吸着分離・触媒材料としての機能開発を行った。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円)

【研究分野】木質科学

【研究領域課題番号】21780163 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

セルロース / ナノ材料 / 自己組織化 / 生体模倣 / ナノファイバー / 階層構造

【研究成果の概要】

TEMPO触媒酸化を経て水中分散したセルロースナノフィブリルはネマチック液晶状に自己配列する。本研究では、水中で自己配列したナノフィブリルの集積プロセスを制御し、ハイドロゲル、エアロゲル、フィルム等のバルク材料を構築した。これらのバルク材料は、ナノフィブリルが自己配列した秩序構造を有しており、極めて優れた材料特性を発現した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】機能材料・デバイス

【研究領域課題番号】21850004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノロッド / 高分子 / 発光素子 / 成型 / ナノ材料 / 酸化亜鉛 / ハイブリッド材料 / 発光材料 / 自己組織化

【研究成果の概要】

高アスペクト比の酸化亜鉛ナノロッドを再現性よく合成する方法を探索し、強塩基アルコール中での合成法を見出した。アルコールの種類によって得られるナノ結晶の成長が異なることを確認した。また、複合化させるのに適切な物性を持つ高分子材料を設計・合成し、シアノビフェニル基を側鎖とするポリメタクリレートの液晶性を評価した。側鎖の長さにより液晶性が異なり、長さの異なるユニットをランダムに導入した場合に、協同して液晶性を示すことが分かった。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】2,704千円 (直接経費: 2,080千円、間接経費: 624千円)

【研究分野】無機工業材料

【研究領域課題番号】20245044 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ材料 / ナノ粒子 / メゾスコピック系 / 自己組織化 / 無機有機ハイブリッド / 合成化学 / 多孔体

【研究成果の概要】

高次構造制御されたシリカ系ナノ構造体の合成と機能付与に向け、出発分子となる有機シロキサンオリゴマーを設計した。出発分子の精密な設計や有機分子の添加により、多様なメソ構造を形成した。本手法を発展させ、有機分子を包含可能なポリマーにアルコキシシリル基を導入した分子を設計し、メソ構造体へと転換した。これらの分子の自己組織化により、機能を付与したメソ構造体の作製が可能となった。また、メソポーラスシリカはメソ構造の高い設計性、骨格由来の機械的強度、制限された反応場として利用できるメソ孔を有するなど、メソ構造の鋳型として有用である。そこで本研究ではメソポーラス金属の合成場として利用し、新規メソ構造や組成を有するメソポーラス金属を合成した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】50,310千円 (直接経費: 38,700千円、間接経費: 11,610千円)

【研究分野】生体関連化学

【研究領域課題番号】17655071 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分析科学 / 生体分子 / 自己組織化 / ナノ材料 / 蛋白質 / ゲル / ゲル電気泳動 / 二分子膜 / 組織化重合 / 重合性界面活性剤 / アクリルアミド

【研究成果の概要】

重合性界面活性剤イタコン酸ドデシルグリセリル(DGI : n-C_<12>H_<25>OCOCH_2C(=CH_2)COOCH_2CH(OH)一CH_20H)は、少量のイオン性界面活性剤の存在下で、サブミクロンの距離を隔てた規則的な二分子膜(ラメラ液晶)を形成し、可視光の回折によって発色するという面白い現象を示す。さらにアクリルアミド(AAm)、メチレンビスアクリルアミドが共存する水溶液中で重合することによって、二分子膜構遥を維持したままアクリルアミドゲル中に固定化できる。この二分子膜固定化ゲルは、世界中で当研究室にしか存在しないユニークな材料である。このユニークなゲルを、ゲル電気泳動基材として応用するのが本研究の目的である。
上記の二分子膜固定化ゲルを基材として使用し、i)陰イオン性色素、ii)水溶性蛋白質、iii)膜蛋白質を対象サンプルとして、電気泳動による分離の検討を行った。比較として、既存の手法であるポリアクリルアミドゲル電気泳動法(PAGE)による分離の実験を、どのサンプルに対しても常に行った。低分子量の色素に対しては、二分子膜固定化ゲルによる電気泳動はPAGEと類似の分離挙動を示すが、移動度がやや遅い傾向が見られた。これは、二分子膜が存在することによって、サンプルの疎水性/親水性的性質が分離に働いた結果であると考えられる。本二分子膜固定化ゲルにおいては、ゲルの網目によるふるい効果以外にも別の分離機構が働いていることになり、興味深い。
水溶性蛋白質の分離においては、二分子膜固定化ゲル中の移動度は常にPAGE中より速かった。この傾向は、固定化される二分子膜濃度が高くなる程顕著であった。この結果から、水溶性蛋白質は二分子膜中に取り込まれることなく、水相のみを移動しているのではないかと考えられる。二分子膜濃度が1.2〜1.6wt%程度で分離能が最もよくなり、2.0%を超えると分離せず、本手法として利用することは不可能であった。
膜蛋白質をサンプルとした場合には、二分子膜固定化ゲル中を蛋白質は殆ど移動出来なかった。これは、膜蛋白質が二分子膜内に強く捕捉されるためではないかと考えられる。水溶性蛋白質の分離挙動との違いに着目すれば、水溶性蛋白質と膜蛋白質を分離する、新しい分離法が提案できたのではないかと思われる。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】ナノ材料・ナノバイオサイエンス

【研究領域課題番号】16310077 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

表面・界面物性 / メゾスコピック系 / ナノ材料 / 自己組織化 / フラクタル / フラクタル立体 / 超撥水表面 / 撥油表面 / 電解酸化重合 / ゾル-ゲル法 / ゾル-ゲル反応

【研究成果の概要】

本研究の、平成16年度〜平成18年度における、主な成果は次の通りである。
1.耐久性の超撥水/高撥油性フラクタル表面の開発
自発的にフラクタル表面を形成し、世界一水をはじく表面となるワックス(アルキルケテンダイマー:AKD)の欠点である耐久性を向上させる研究を行った。アルキルピロールの電解酸化重合法により、耐熱性と耐溶剤性の高い、超撥水性のフラクタル表面の開発に成功した。この表面をフッ素系のシランカップリング剤で処理することにより、耐久性の高撥油表面の合成にも成功した。
2.ワックスの自発的フラクタル構造表面形成メカニズムの解明
AKDが自発的にフラクタル表面を形成するメカニズムについて研究した。モデル化合物としてトリグリセリド・ワックスを用いて研究した結果、このワックスが融液から結晶化する過程において、先ず準安定な結晶相であるα-相が出現し、それが安定相であるβ-相に相転移する過程でフラクタル構造の表面が形成されることが明らかになった。AKDについて同様の研究を行った結果、同じメカニズムでフラクタル表面が形成されることが分かった。
3.フラクタル立体の創製
理論的には、体積が無限小で表面積が無限大の、フラクタル立体の創製を行った。その際、フラクタル表面を自発的に形成するワックスである、先述のAKDを利用した。表面がフラクタル構造のAKD微粒子を鋳型としてゲル-ゾル法を行い、内部がフラクタルのシリカの立体を合成した。
4.フラクタル表面の細胞培養基盤への応用フラクタル表面の新しい応用として、細胞培養基盤としての検討を行った。神経細胞の1種であるアストロサイトは、平らな表面上では平たく拡がった形態をとるが、フラクタルAKD表面上で培養すると、分化した形状に似た星型の微小突起のみが現れる。これは新しい細胞培養基盤の開発に繋がり、再生医療への応用も期待される興味深い結果である。
以上の結果を基に、論文15報、学会発表26件、特許出願4件の成果を得た。以上の成果により、本研究の所期の目的を達成することが出来た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】13,600千円 (直接経費: 13,600千円)