Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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。

バイオインターフェース / バイオナノ粒子 / ナノ診断 / 免疫診断 / ナノ酵素 / 表面プラズモン共鳴 / PEG / ポリマーブラシ / ハイブリッド密生層 / ブラシ / ELISA / 免疫沈降 / 分子認識 / センサー

本研究は末端反応性ポリエチレングリコール(PEG)を機材表面に固定する方法論として、異なる鎖長のPEGを共固定する事により非特異吸着を極限まで低下するだけでなく、生体分子との共固定によりその機能を100%引き出す表面構築法を創出した。これはバイオ界面の基礎的研究だけでなく、様々に機能するバイオマテリアルの基盤技術として展開が可能である。

STM / 酸化銅 / 酸化亜鉛 / 酵素 / ナノ空間 / アルコール / 分子識別 / チューニング / ヘテロ界面 / 超近接場 / ZnO / 分子認識 / 強相関係 / センサー / 非線形特性 / CuO / トンネル電流

本研究ではガス分子との反応・吸着などの相互作用が期待できる2種類の半導性酸化物結晶(CuOおよびZnO)を原子スケールで近接させてナノ空間を設定し、その空間に被検分子(直鎖アルコール)がとらえられることにより、酸化物(CuO)-気体分子-酸化物(ZnO)間相互作用を両半導性物質間のトンネル電流として計測することにより電気信号に変換し、生体系類似の分子の形状を認識しうるセンサー構成に成功した。0.1nm以下に近接されたCuO-ZnO結晶間ナノ空間に直鎖アルコール分子を作用させた結果、同空間に分子サイズの小さいメタノール、エタノールの選択的検知機能を付与させることに成功した。ナノ空間はSTM技術の応用により容易にその大きさのサブnmスケールでの制御が可能とし、ねらった分子のサイズに対して最適な反応場の空間設計が可能となるという新しい分子認識素子設計指針を提示した。本研究のように配置制御された複数種の触媒表面が構成する空間を設定することで分子の多点認識が可能となり、分子認識の精度が増す。ナノ空間に捉えられた分子を取り巻く電子雲や双極子はそのごく近傍を通過するトンネル電流の輸送機構に少なからぬ変更を与えるはずで、この解析・評価により分子の情報が得られる仕組みである。本研究において界面を構成する結晶面の面方向を変えるなど簡便な操作において、分子認識機能発現状態を制御することも可能で、複数種の機能表面による分子の多点認識とその電気信号による情報取得による分子認識の概念もあわせて考案された。

【研究分担者】
大石基	筑波大学	大学院・数理物質科学研究科	講師	(Kakenデータベース)
吉本敬太郎	筑波大学	大学院・数理物質科学研究科	講師	(Kakenデータベース)
原暁非	筑波大学	大学院・数理物質科学研究科	準研究員	(Kakenデータベース)
宮本大輔	筑波大学	大学院・数理物質科学研究科	博士研究員	(Kakenデータベース)