Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

超分子化学 / 表面・界面物性 / ナノ材料 / センサー

本研究提案では、我々が持つ世界最高峰技術と世界最先端技術を連動させた新しいセンサーデバイスパラダイムを開発する。検体（ゲスト）分子を認識する単分子膜と高分子半導体薄膜を張り合わせて FET (Field Effect Transistor) などのセンサー表面に固定化する。検体分子が認識単分子膜に捕捉されるとドーパントイオンが高分子半導体にイオン交換で高濃度に注入され、その導電性が絶縁性（あるいは半導体性）から金属導電性に変換されるというメカニズムを用いる。わずかな量のターゲット分子が存在すると物質の導電性を劇的な変化引き起こす超高感度センサーという、これまでにないセンシング方式を開拓する。本研究は、特定ターゲットの検出を高感度に行う、センシングのチャンピオンデータをだすという、技術的な側面を追及するものではない。分子の特異認識と物質の導電性を制御するという二つの代表的な分子現象を連動させて、外部刺激を人工的なデバイスに送り込むという、大きなパラダイムを創成することを目的とする。本研究は、特定ゲストに特定されたセンサーシステムやセンサー感度の数値目標の達成を目的とするものではないが、下記のような具体的な目標を立てたうえで研究する。生活・環境・医療に対して重要な評価指針となる化学物質、特に河川や湖沼の富栄養化をもたらす汚染物質にもなるリン酸塩、がん細胞で過剰に生産されるATPあるいはDNA、ヌクレオチドなどの生体重要物質をターゲットにしたセンサー系を開発する。本年度は、高分子半導体（poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene] (PBTTT)）の超薄膜の高品質化技術の確立、分子認識能を持つ単分子膜の開拓、新しいドーピング法の開発に取り組んだ。その中でも、高品質LB膜作製装置の開発に成功するなどの顕著な成果が得られた。

アロステリズム / 化学センサー / カードラン / ポリチオフェン / 静水圧 / 光学センシング / 超分子化学 / 分析化学 / 超分子分析化学 / 糖センシング / センサー / 高分子化学

本研究は、最近研究代表者が提唱している"超分子アロステリックシグナル増幅センシング(Supramolecular Allosteric Signal-amplification Sensing)" (SASS)手法を活用することで、薬理活性物質を標的とした機能性高分子センサーの開発を目的とした。実際の例として、水溶液中でのオリゴ糖センシングにおいて、カードランの構造変化が起きる時の水素結合ネットワークへの糖鎖の取り込みが鍵機構であることを突き止めた。またこのようなセンシングは、内部因子により制御していたが(温度、溶媒、pHなど)、外部刺激として圧力による動的制御も可能であることを示した。

本成果である光学出力をアロステリズムによって増幅し様々な分光分析手法(紫外可視近赤外、蛍光、円二色性)によって読み取るSASSは、幅広い検体を高感度かつ選択的にセンシングできる手法であり、大きなフロンティアとなった。つまり、本コンセプトに基づく医学系の新たな診断計測技術の構築とともにそれら材料の機能を能動的に制御できるため、関連科学からフォトニクスに至る多方面に大きく貢献できると考えられる。従って、今回見出したSASSがセンサー科学を飛躍的に発展させた新機構であることは疑いなく、この発想を利用してこれまでの計測科学・イメージング技術を向上させ得る手段となった。

分子認識化学 / 超分子化学 / 有機トランジスタ / センサー / 分子認識

有機トランジスタ (OFET) は機械的柔軟性や簡便な塗布法による作製が可能であるなど，化学センサのプラットフォームとして魅力的な電子デバイスである。本研究では，水系媒質中における生体関連化学種の検出を指向し，当該デバイスへの分子認識機構の導入を試みることで，化学センサデバイスの構築に取り組んだ。各標的種に対して捕捉能が知られている種々の人工レセプタ分子を自己組織化単分子膜として検出電極上に導入し，カチオン・アニオン・中性低分子種からタンパク質に至るまで，水中に含まれるさまざまな化学種の認識情報を有機トランジスタによって電気的に読み出すことに成功した。

機能性高分子 / 生体関連高分子 / 分子認識 / 超分子 / 高分子化学 / 超分子化学 / 光化学 / 糖認識 / キラル認識 / 不斉光反応 / ポリチオフェン / 多糖 / 超分子センシング / 超分子キラル光反応 / センサー / 国際情報交流 / イタリア / イオン性液体

本事業は、共役および非共役高分子を基盤とする革新的な超分子キラリティー化学センサの開発を目的とした。化学センサの中でもより困難なキラリティーセンシングの統一的発展のためには、従来のセンサ自身の立体的・電子的変化を反映したスペクトルあるいは光学変化を読み取る手法では限界がある。そこで、生体系におけるallosteric effectに想を得て、認識サイトから離れた部位での変化を鋭敏に捉えて増幅した光学出力ゲインを検出する「Allosteric Chiral Dynamics (ACD)」の新概念を実践し、汎用性の高い手法として拡大・展開した。

【研究分担者】
竹谷純一	東京大学	大学院新領域創成科学研究科	教授	(Kakenデータベース)