【研究領域課題番号】21H02055 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNA / 超分子化学 / 核酸化学 / 金属錯体 / 分子機械

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】有機化学

【研究領域課題番号】17K14446 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ロタキサン / サーモクロミック / シャトリング / 超分子 / 超分子化学 / 分子機械

【研究成果の概要】

発光部位を有する[3]ロタキサン構造がサーモクロミック応答を示すことを見出した。
[3]ロタキサンにおける二つの環状分子は、室温では発光部位に近接しているものの、加熱によって熱的なシャトリングを生じ、露出した発光部位が周囲の分子と相互作用することで熱的に発光変化が誘起された。この変化は加熱・冷却のサイクルに対して可逆的であったことから、熱によって光学特性が変化するサーモクロミック応答であることが明らかとなった。

【研究の社会的意義】

分子機械の重要なモチーフであるロタキサン構造において、熱シャトリングは比較的初期から報告されていたものの、停留点（ステーション）の制御が困難であることから、材料の物性を向上させる設計としてはほとんど用いられてこなかった。対して本研究は超分子構造の熱シャトリングを用いて、シャトリングを起こさない材料よりも鋭敏な熱応答性を発現したことから、センサ材料における新しい設計指針を示したと言える。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】機能物性化学

【研究領域課題番号】16H04129 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

二分子膜 / イオンチャネル / 分子機械 / 相転移 / ヒステリシス / メカノセンシティブチャネル / 両親媒性分子 / 刺激応答性 / 熱応答 / オリゴエチレングリコール / マルチブロック分子 / マルチブロック / メカノセンシティブイオンチャネル / 張力 / マルチブロック構造 / 超分子化学 / ポリエチレングリコール / 生物模倣 / 自己組織化 / 分子デバイス

【研究成果の概要】

細胞膜に含まれるタンパク質の構造を模倣し，水との親和性の高い親水部と親和性の低い疎水部を交互に連結した交互両親媒性骨格を有する分子を設計し，その合成法を確立した。力学的エネルギーや熱などの外部刺激に応答して分子構造や集合形態の変化をおこし，その結果として物性を変化させることのできる，刺激応答性分子素子の開発に成功した。

【研究の社会的意義】

本研究の成果は，細胞内でタンパク質により行われている様々なセンシング，例えば温度センシングや力学センシングを，人工分子でも実現できることを示した先駆的な結果であり，ナノメートルサイズの微小センサーを構築する分子設計を可能とする，大きなブレークスルーをもたらすことが期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】生体関連化学

【研究領域課題番号】16H04177 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質結晶 / タンパク質工学 / 超分子化学 / 自己集合 / 細胞内結晶化 / 多角体 / 分子機械 / 昆虫細胞 / ウイルス

【研究成果の概要】

近年、蛋白質からなる分子集合体を生体機能材料のテンプレートとしたバイオテクノロジー応用が期待されている。本研究では、固体材料としての利用が注目されている蛋白質結晶の機能化に焦点をあて、従来の人工多孔性材料でも困難とされていた精密多層構造の構築を達成した。特に、細胞内結晶化反応で結晶を形成する昆虫ウイルス由来の蛋白質「多角体」にターゲットを絞り、多角体結晶への外来分子の精密多層集積から新しい生体機能材料合成の領域を開拓した。

【研究の社会的意義】

研究成果の学術的意義や社会的意義は、細胞内結晶化を用いることにより、これまで解決が困難とされていた蛋白質の迅速・大量合成、安定化を劇的に改善し、精製した蛋白質からの結晶化が常識であった蛋白質結晶化の概念をも根本から変える材料作成法となる。従って、機能材料としての蛋白質結晶利用の可能性が格段に広がり、実用化にも近いバイオマテリアルとなりうる。具体的には、多角体結晶の安定性と生体適合性を生かした酵素の迅速合成と長期保存、ワクチンや細胞外マトリックスの開発等、複雑な医薬品合成の軽減や、我が国の課題である医療費負担の大きな削減を可能とする技術につながると確信する。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【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】機能物質化学

【研究領域課題番号】19350065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超分子化学 / 分子機械 / 配位結合 / フォトクロミック分子 / 遠隔操作 / シャペロニン / ナノチューブ / 分子糊 / ナノマシン / 光スイッチ / 分子認識

【研究成果の概要】

分子間相互作用により分子の機械的な動きを伝達する「超分子機械」の創製を試みた。その結果、3分子が直線的に連結し、末端の光駆動分子の動きが反対側の末端に位置するプローブ分子へと伝達される、3分子系の「分子の遠隔操作システム」の構築に成功した。また、生体分子機械として知られているシャペロニンを超分子化学的に連結することにより、ゲストを内包できるナノチューブの構築に成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】生体関連化学

【研究領域課題番号】17550151 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子デバイス / 分子機械 / 蝶番糖 / 機能性オリゴ糖 / バイオセンサー / 蛍光センサー / エキシマーコンプレックス / 分子ペンチ / 超分子化学 / ナノバイオ / 合成化学 / オリゴ糖 / 生体分子 / 糖化学

【研究成果の概要】

細胞表面糖鎖を認識して侵入する病原体が知られているが、この糖鎖レセプターを検出するセンサーは感染症の診断薬として期待される。一方、申請者はピラノースの環反転を利用した分子ペンチを開発しており、アーム部が金属イオンにキレート結合してペンチが閉じることによりエキシマー蛍光を発する金属イオンセンサーを合成した。アーム部に特定の糖鎖構造を付ければ、糖鎖レセプターの二つの認識サイトあるいはサブサイトにキレート結合することによりエキシマー蛍光を発する分子ペンチ型のセンサーを構築できるものと期待される。安価なレクチンに対するセンサーをモデル化合物としていくつか合成し、アッセイすることにより、センサー設計の最適化を行なうことが本研究の目的である。その結果、2,4-ジアミノキシロースのアミノ基にピレニルメチル基を導入したプロトン選択的センサーの開発に成功した。キシロースの2,4-位にピレニルメチル基やナフタレンメチル基を導入し、1,3-位にスペーサーを介して糖を導入し、レクチンセンサーの開発を行った。ピレニルメチル基を導入したレクチンセンサーでは、水溶液中でエキシマー蛍光を示すが、マンノース認識レクチンであるコンカナバリンAを添加すると、エキシマー蛍光が消失し、モノマー蛍光が出現するというセンサー機能を示した。一方、ナフチルメチル基を導入したレクチンセンサーは、実用的な蛍光変化を示さなかった。以上より、レクチンセンサーの今後の展望として、ピレニルメチル基を蛍光基として用いることが必須であることがわかった。また、蝶番糖を用いて[2+2]光環化反応の鋳型としての分子デバイスを開発することにも成功した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)