Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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。

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。

超臨界二酸化炭素 / 電解重合 / ポリチオフェン / ポルフィリン / 薄膜 / センサー / 助溶媒 / 導電性

ナノレベルで集積した緻密かつ平坦な機能高分子薄膜を作製するため、超臨界二酸化炭素環境下における電解重合を、独自に工夫した反応装置を活用し実施した。ポリ(チオフリルポルフィリン)誘導体を対象に、斬新な多重応答性センサーを目指した研究を推進した。具体的には、物質拡散が常温・常圧環境下よりも1000倍程度大きい超臨界環境下において、ポリチオフェン誘導体を量合成し、分子構造を正確に把握した。さらに、各種の薄膜物性(膜厚、表面形態、表面粗さ、電気伝導特性、レドックス特性、エレクトロクロミズム性、誘電特性など)を詳細に評価した。多重バイオセンサーを指向した新材料としての各種基礎物性を、重合物質の分子構造と相関させて正確にまとめた。
超臨界二酸化炭素環境下における電解重合によって合成されたポルフィリン薄膜を用いて、活性酸素種(特にスーパーオキシドアニオンO_2^-)や一酸化窒素の同時検出用センサー材料としての性質を解明した。具体的には、側面を絶縁保護したファイバー電極(数十μm径)の底面に、超臨界環境下での電解重合により機能性薄膜を作製し、ついでファイバーの周囲を対極が取囲む形の一体型微小電極を工夫した。電極材料や絶縁被覆材料について系統的に検討し、基質の酸化電流を安定度高く取り出すことのできる構造を明らかにした。
生体内でのシグナル伝達や恒常性維持に重要な役割を果たしているO_2^-やNOを検出対象として、作製したバイオセンサーを実地に生体に挿入してこれらの濃度をリアルタイムで検出を試みた。超臨界重合法による緻密で再現性の高い均質膜に複合された薄膜を対象に、検出基質の膜内拡散や電位勾配などの基礎データを踏まえ、バイオセンサーとして最適の電極構造を構築した。

【研究分担者】
小柳津研一	東京理科大学	総合研究機構	助教授	(Kakenデータベース)
村田英則	東京理科大学	理工学部	助手	(Kakenデータベース)