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Research News

自在に切り貼りできるナノチューブ

電子の出し入れでナノチューブとリング構造を切り替える

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工学系研究科・工学部
2014/05/12

医薬品のような複雑な有機分子の構築には共有結合(原子同士を結びつけて分子の骨格を形成する強い化学結合)を自在に切り貼りできる技術は必須である。しかし、共有結合とは異なる「分子同士の弱い接着(非共有結合性相互作用)」を利用するナノスケール(数 ナノメートル~数百ナノメートル程度の大きさ)の構造体(ナノ構造体)の合成では、一旦組み上がった構造体をその構成要素に解体したり、解体された同種・異種の構成要素同士を貼り合わせたりする「ナノスケールの切り貼り」に関する報告例はなかった。それは、ナノ構造の形成に使われている複数の接着様式のうち特定の様式のみを弱めたり、強めたりするという著しく困難な要求を満たす必要があるからである。

© 2014 Takahiro Fukino.
電子の出し入れによって、その構成要素に切ったり元に戻したりできるナノ構造体のイメージ。フェロセンを含むナノチューブ構造(上側)から電子を奪う(フェロセンの酸化)とその構成要素であるリング(下側)に切断され、電子を再注入する(フェロセンの還元)と、無数のリングが規則正しく重なりあって自発的にナノチューブを再構成する。

今回、東京大学大学院工学系研究科化学生命工学専攻の相田卓三教授(理化学研究所 創発物性科学研究センター 副センター長を兼任)と吹野耕大 学術支援専門職員らは、これまでの常識を覆し、自在に切り貼りできる新しいナノ構造体の開拓に成功した。本研究で開拓されたナノ構造体はチューブ構造をしており、チューブ構造の電子が奪われる(酸化される)と、ナノチューブはその構成要素の一つであるリングに切断される。一方、得られたリングに電子を再注入(還元)すると、無数のリングが規則正しく重なりあって自発的にチューブ構造を再構成する。リングは正電荷を帯びており、負電荷を帯びた別の物質の表面に貼り付く性質を有する。

本研究によって示された「ナノスケールの切り貼り」という物質合成の新戦略は、より複雑・高機能なナノ構造体に関する科学技術の進歩と次世代エレクトロニクス分野での応用に大いに貢献すると期待される。

プレスリリース

論文情報

Takahiro Fukino, Hyunho Joo, Yuki Hisada, Maiko Obana, Hiroshi Yamagishi, Takaaki Hikima, Masaki Takata, Norifumi Fujita, Takuzo Aida,
“Manipulation of Discrete Nanostructures by Selective Modulation of Noncovalent Forces”,
Science Online Edition: 2014/4/10, doi: 10.1126/science.1252120.
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大学院工学系研究科

大学院工学系研究科 化学生命工学専攻

大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 相田研究室

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