自ららせん状に巻き上がる超分子ポリマー――千葉大とKEKが共同で開発

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らせんが何重にも折りたたまれた構造からなる超分子ポリマーの原子間力顕微鏡像

千葉大学は2018年8月31日、高エネルギー加速器研究機構(KEK)と共同で、自発的にらせん状に巻き上がるポリマーを開発したと発表した。

プラスチックなどに代表される通常のポリマーは、人の生活を支える重要な材料だが、近年、外部の刺激に敏感に応答したり、自己修復が可能な超分子ポリマーが注目されている。

超分子ポリマーは、分子同士が着脱可能な弱い力(非共有結合)でつながっているために、上記のような性質を持つことができる。狙った性質や機能を超分子ポリマーから引き出すためには、分子の鎖(主鎖)が取る形を制御する必要があるが、その制御が難しいという課題があった。

今回の研究では、自ららせん構造に折りたたまれる性質を持った超分子ポリマーを開発した。この超分子ポリマーは、従来の超分子ポリマーのように小さな分子が直接鎖のようにつながるのではく、分子がまず水素結合で大きな風車構造を形成。その風車構造がカーブを描きながら弱い力で積み重なることで、超分子ポリマーを形成する。

風車構造を積み重ねる過程で、らせん構造はむしろ主要な構造ではなく、ランダムにねじれた構造が多く見られた。しかし、この超分子ポリマーの溶液を室温で1週間熟成させると、乱れた構造が次第にらせん構造へと変化することを発見。最終的には、らせん構造が何重にも折りたたまれた構造へと変化することが分かった。

また、この構造の変化は、乱れて配列した分子が同じ鎖内に存在する正しく配列した分子に倣って整っていく「鋳型効果」によって説明がつくことも見出した。

外部からの刺激がなくても自ら整った構造へと折りたたまれる現象は、タンパク質の折りたたみ現象に酷似しているという。今後は、分子構造を少しずつ変化させたり、異なる分子を混合することによって、形状だけではなく、認識や触媒、貯蔵、転写、エネルギー変換などのタンパク質の持つ多様な機能を模倣する新素材への発展が期待できるとしている。

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