研究内容

私たちの研究について〜分子集合体を創る〜

私たちの研究室では、分子集合体というものについて研究をしています。
分子集合体とは、ズバリ分子が集まったものです。もう少し有名な用語に、超分子っていうのがあります。
ちょーすごい分子ってことですね。人間と同じで、たくさん集まると、いろんなことができるようになるので、こんな名前がついたんでしょう。
分子集合体は、自然界にこれでもか!というくらい存在します。
例えば細胞の中では、タンパク質分子が集まって多様な分子集合体を形成しています。
ウイルスなんかも分子集合体といってもいいかもしれません。
私たちの研究室では、特別にデザインされた新しい分子を有機化学の力で合成し、それらを集合させることで前例のない唯一無二の分子集合体を創出します。

研究スタイル

研究室に入ると、まず数ヶ月から半年ほどかけて、世界に一つしかない分子を合成します。合成が終わると、その分子が集合する条件を見つけます。非常に小さな構造を見ることができる特殊な顕微鏡を用いて集合体の構造を探り、さらに様々なスペクトルを測定して、その構造の裏付けを行います。その後、自分が作った集合体がどんな特別な性質を持っているかを探す長〜い旅に出ます。
はじめにどんな分子を作るか(分子デザイン)は、まず初めは私が決めますが、だいたいうまくいかないので、失敗したらゴメンって謝ってます。私も結構凹んでますので許してください。でも、分子は何らかのヒントをくれるんですね。そのヒントを元に、デザインし直すことで、大概うまくいきます。
なので、ハズレなし!(のはず)

研究内容

これまでにどんな分子集合体を世に送り出したか、超簡単に紹介します。

精緻な色素分子集合体の創製と応用

メインテーマですが、特殊な分子デザインで裏打ちされた色素分子を集合させ、美しく機能的なナノ構造を創ります。ナノ構造とは、ナノメートルスケールで構造制御された構造体のことです。例えば、リング(環)が例に挙げられます。私たちの身の回りには、たくさんのリング状の道具や構造体があります。それらは意味があって環構造をしているはずです。そこで分子集合体でリングを作る研究に取り組み、世界で初めて均一な輪っかを作ることに成功しました。
( J. Am. Chem. Soc. 2009, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, J. Am. Chem. Soc. 2012, Angew. Chem. Int. Ed. 2016)。
でも作ったはいいんですけど、私たち自身、どんな風に使えるのかさっぱりわかりませんでした。別に面白いからいいんですけどね。しかし、思わぬ展開があり、数年かけて輪っかを開いて繋げて螺旋にすることができました。
Nature Commnun. 2015→プレスリリース; Nature Commnun. 2017→プレスリリース
リングとラセン・・・ゾクゾクしますね。ジャパニーズホラーの醍醐味ですね。
なので、我々はこれをナノホラーって呼んでます。

光応答性分子集合体

私たちの目はなぜ見えるんでしょう?実は、分子が光を吸収して形を変える(異性化)が視覚の根源です。
ものが見えるなんてえらいハイテクなようで、実は分子の機械的な動きが重要なんですね。
この仕組みを真似ることで、ナノ構造体の形を変える研究をしています。
例えば、私たちの作った螺旋状の微小線維は、紫外光をあてると、粒になったり( J. Am. Chem. Soc. 2005, Angew. Chem. Int. Ed. 2014)、解けたりするんです!(Nature Commun. 2017)
後者のはまるでタンパク質の変性みたいで、結構インパクトがありますね。やっぱりゾクゾクします。

メカノ応答性分子集合体

ちょっと異質な研究ですが、ひょんなことから、こすると発光色が変わる分子集合体を見つけました。
色々調べると、準安定構造ってのが鍵ってことがわかりました。
Nature Commun. 2014→プレスリリース
研究を続けるには安定した精神力が必要ですが、分子集合体の世界では準安定がアツいんです。
最近はここに光異性化を組み合わせるなんてことにも挑戦しています。

超分子材料を用いた効率的な太陽電池の開発

水素結合を用いた効率的な有機太陽電池の開発にも世界で初めて成功しました。
水素結合なんて使ったら太陽電池なんて作れないって言われてたので、悔しくて挑戦してみたら変換効率3%まで行きました。今ではそれほど高い性能ではないですが、当時は結構画期的でした。
Chem. Eur. J. 2014; Sci. Rep. 2016→プレスリリース
さらに学生さんがチョチョイって冗談半分で分子構造をマイナーチェンジしたら、4.5%もいっちゃいました。(論文準備中 )私は無駄なことはやめとけって言ったんですけどね。立場ないですよね。

とまあ、ここまでツラツラと難しいことを書いてしまいまいたが、要は
分子を「作って」「集めて」「おもろいこと起こらんかなあっていじくりまわす」スタイルです。
分子任せの研究スタイルですが、分子の声を聞こうと必死で頑張っている人には分子が微笑んでくれるもんです。
百読は一体験に如かず・・・自分で創った分子がどのように集合するか、その目で確かめてみませんか?

コチラの危険動画も参考にしてください→研究紹介動画