Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ハイブリッド材料 / 自己組織化 / バイオミネラリゼーション / 結晶成長 / コロイド粒子 / 液晶 / アモルファス / ヒドロキシアパタイト / 無機有機融合材料 / 複合材料」 / 機能性高分子 / 融合マテリアル / 分子制御 / 有機無機複合材料 / 液晶高分子 / 炭酸カルシウム

水溶性高分子によって安定化した無機結晶のアモルファス前駆体の結晶化を、高分子基板で制御することにより、形状や配向を制御したヒドロキシアパタイトや酸化亜鉛の薄膜結晶を作製する手法を開発した。また、アモルファス無機粒子を異方的なコロイド結晶へと制御して変化させることにより、世界初となる炭酸カルシウムやヒドロキシアパタイトの液晶化にも成功した。さらに高分子ゲルと無機結晶を精密に複合化することにより、透明なアモルファス構造やらせん構造を有する無機／有機融合材料を得た。

高分子の相互作用を利用することにより、生体親和性や生分解性の高い炭酸カルシウムやリン酸カルシウム、あるいは光機能性の酸化亜鉛などの結晶化を温和な条件下において制御する様々な手法を構築した。炭酸カルシウムやリン酸カルシウムの液晶化は世界初という学術的な価値だけでなく、低環境負荷であるこれらの素材から常温・常圧のプロセスにより機能性材料を作製するという環境・資源問題に資する社会的意義のある成果を達成している。

炭酸カルシウム / 酸性高分子 / バイオミネラル / 結晶成長 / 有機-無機複合材料 / 蛍光色素 / フォトクロミック色素 / ナノ結晶 / ハイブリッド / メソクリスタル / ホスト材料 / ナノ空間 / 有機色素

ナノ空間創出を目的とした高分子・CaCO_3系メソクリスタルの合成条件の確立とその構造解析
バイオミネラルに類似したナノ結晶が特定の秩序を持って配列したCaCO_3ナノ構造体を、カルボキシ基、フェニルスルポ基を持つ種々の酸性高分子との協奏的な結晶成長によって合成し、その結晶形、ナノ構造、マクロ形態との関係を調査した。これにより、結晶問のナノ空間創出に適した高分子と成長手法の選択を可能とし、高い比表面積とメソ細孔をもつホスト材料として、ポリアクリル酸(PSS)/カルサイト複合体、ポリスチレンスルホン酸(PSS)/バテライト複合体、スチレンスルホン酸マレイン酸コポリマー(PSS-MA)/カルサイト複合体(=メソクリスタル)を見出した。これらのメソクリスタルには、親水性、疎水性のいずれの色素も導入可能で、酸性高分子からなるナノ空間は両親媒的なホスト機能をもつことがわかった。PSSによるナノ空間は酸性環境であり、ベンゼン環に対する親和性が高く、蛍光色素の発光効率の向上やフォトクロミック色素の異性化反応に適していると考えられる。
意義と重要性これまでの高分子材料や有機無機ハイブリッド材料の多くは、メソ領域(10-100nm)での構造を持たない。本研究では、ナノクリスタルにおける高分子相に着目し、新規ホスト材料としてのメソコンポジットを提案する。メソコンポジットでは、すべての高分子鎖が表面に存在しており、スムーズに種々の色素などの有機分子の導入が可能で、柔軟に分子を取り囲むため、蛍光やフォトクロミックなどの機能発現に優れている。今後は、生物における色素分子の安定的な取り込みを参考に、機能分子の安定性向上による新機能発現や、薬剤導入とその徐放機能の活用によるドラッグデリバリーなどへの展開に期待が持てる。

【研究分担者】
大槻主税	名古屋大学	工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
西村達也	金沢大学	物質化学系	准教授	(Kakenデータベース)
坂本健	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	助教	(Kakenデータベース)
齋藤継之	東京大学	大学院農学生命科学研究科(農学部)	准教授	(Kakenデータベース)