Aquatic Functional Materials
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A u g u s t 2021

No. 8

文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究 （研究領域提案型）（No. 6104）令和元年-5年度

水圏機能材料：環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成
領域代表あいさつ
皆様、こんにちは。文部科学省科学研究費新学術領域研究には、公募研究というカテゴリーがあります。領域立ち上げ後、応募・採択された研究です。領域立ち上
げ時からの計画研究のメンバーと一緒に研究活動を行っております。本領域の第一期の公募研究は令和 2 年から 3 年までの 2 年間で、37 件が現在活動を行っています。
新型コロナウイルスの影響の中でも、工夫して活発に盛り上げていただいています。
本号は、公募研究 37 件の中から 12 件を紹介いたします。あわせて、No. 5 からNo.7 もご覧いただければ幸いです。今後ともよろしくお願いいたします。

領域代表加藤 隆史

東京大学

大学院工学系研究科・教授

A02 先端計測・シミュレーション班
ペプチド分子集合体からなる水圏機能
材料の固体 NMR による構造解析

ブロック共重合体等を用いた高分子孤立鎖の高湿度下での運動制御

高分子の孤立鎖、結晶、超分子水の滴下がトリガーと構造等を分子鎖レベルで原子間力なって形成されるペプチド

顕微鏡 (AFM) を用いて直接観察す分子集合体の構造を制御する研究を行っています。基板上にるために、固体 NMR 分光載せた高分子孤立鎖の運動を様々法を駆使した構造解析をな湿度下で観察すると、基板上に行っています。本研究では、は湿度に応じたサブナノメーター
熊木 治郎
山形大学・教授

川村 出

厚の吸着水層があるため、高分子

横浜国立大学・准教授

鎖と水との相互作用を直接分子レ

青色蛍光性のアクリドンを側鎖にもつジペプチドやトリペプチドを設計・合成し、ベルで観察することが可能になり水環境でペプチド同士の自己集合によってハイドロゲル基を特定の位置に付けた高分子鎖の吸着水中での運動をる水分子の役割について、ペプチド - 水分子間の相互作用、ます。本研究では、ブロック共重合体や、親水性の官能を形成させます。超分子を形成したペプチド集合におけ観察し、高分子鎖の運動を分子鎖の化学構造で制御する水分子の結合状ことを目指します。

態 ( 自由水、結合 水 )、な ど に注目した固体
NMR 測 定 によって解明します。

1

A01 分子・材料構築班
水中の分子・イオンと選択的に相互作用する機能性炭素材料の開発

仁科 勇太
岡山大学・教授

ナノ炭素材料は高比表面積で両 親 媒 性 ペ プ チ ド (peptide

高強度など、優れた特性を有しamphiphile, PA) を 構 造 ユ ニ ッ トています。親水基を付与することした繊維状の自己組織化材料のとにより炭素と水との相互作用創製に取り組んでいます。本研究を高めることができるため、本では、複数種類の PA 分子が共存研究では、酸素官能基を炭素材する共集合材料における、PA 分料に導入することを試みます。0子の分布の制御に取り組んでいま若林 里衣

次元〜 3 次元の多様な炭素材料

九州大学・助教に、機能性部位を導入し、様々た。この能力を持つ PA 分子ペアに対し、環境に応じて者を見分ける能力に着目しまし能力を変化させる新たな PA 分子を導入することで、材増やします。作製した炭素材料を用いて他班と協力し、料内の分子分布を動的に変化可能な水圏機能ペプチド材

水中に含まれる重金属・生体分子・ウイルス等の吸着ま料の開発に取り組みます。

たは除去を検討します。

水溶性ブロック高分子による水圏分子集合体の創製と機能材料への展開

九州大学・教授す。そのために、分子が自己と他の酸素官能基を制御するとともな化学反応性や物性を有する炭素材料のラインナップを三浦 佳子

環境応答型の分子分布を持つ水圏機能ペプチド材料の創製

有機無機超分子複合体を用いた水圏
光機能材料の創出

水圏には多くの分子集合体が報可逆な結合形成や分子間相告されていますが、多くの場合、互作用の協奏効果を利用して、両親媒性が駆動力となっていま新しいタイプの分子集合体をす。我々は、多数の水酸基を有す創出し、その機能解明を行なっる糖鎖高分子とポリエチレングリています。この手法の特徴は、

コ ー ル を 結 合 さ せ た、水 溶 性 ブ

分子集合体が形成する過程でロック高分子が、分子間相互作用強弱様々な相互作用が影響し堀内 新之介

や高分子の相分離によって、水溶あうため、初期条件によって液中でも容易に集合体を形成する

長崎大学・助教

ことを発見しました。この分子集をコントロールできる点にあります。本研究では水分子合体は、膜がないものの他と分離された空間を形成する特得られる集合体の構造や性質のはたらきを変えることで得られる分子集合体の集合構異な性質を有しています。生体内でもタンパク質が、膜な造を制御し、その集合構造に由来した光機能を明らかにし集合体を形成すします。また、得られた分子集合体に含まれる水の性質ることがわかっても先端計測や計算科学によって明らかにします。

き て い ま す。本 研
究では形成機構とこの材料の応用について検討します。

2A03

機能開拓班
サブナノ多孔膜における気相〜液相系
水分子の透過性評価と高機能化

タンパク質による水分子の配位状態制御

竹田 一旗
京都大学・准教授

水分子はタンパク質の表面の河川などの淡水のみならずみならず内部にも結合し、機能海水などの液相から、膜分離発現において重要な働きを担っ法による水製造プロセスの実ています。しかしながら、タン用化が進んでいます。今後は、パク質内部では水素結合の相手気相中に存在する水蒸気につが必ずしも正確な正四面体構造いても、水資源やエネルギーをとっているわけではなく、バ資源として回収する新技術を

都留 稔了

ルク中の水分子とは異なる構造広島大学・教授や状態を有していることも考えられます。そこで、水素原子や価電子を可視化して精密開発する必要があります。本
研究では、より効率的に” 水をつくる” ことを最終目標として、細孔径 1nm 以下の多孔な構造および性質を決定することが可能な超高分解能電質膜をシリカ系材料を用いて開発し、気相や液相にわた荷密度解析を人工設計タンパク質に適用することで、タる広い範囲で透過性を測定することでサブナノ細孔内でンパク質内部結合水の学理解明および水分子の状態を人の水分子の動的挙動を明らかにするとともに、より高選為的に制御する方法の確立をめざします。

択 性・高 透過性な水分離膜の開発
指針を得ます。

生体分子・細胞との相互作用を制御する
革新的水圏機能材料の創製

血中滞留性・温度応答性を示すデンドリマーの水和挙動と機能との相関

温度変化により水和・脱水和を樹状高分子であるデンドリマー

起こす温度応答性高分子を修飾しは、内部空間や末端に薬物を担持た材料は、界面の親水性・疎水性できるため、ドラッグデリバリーの変化により、タンパク質・細胞システム（DDS）への応用が期待との相互作用を制御することがでされています。私は、DDS のためきるため、分離材料としての検討のナノキャリアとしてポリエチレが行われています。しかし現段階ングリコール（PEG）や熱応答性
児島 千恵
大阪府立大学・准教授

部位で修飾したデンドリマーを作

長瀬 健一

製し、その血中滞留性や細胞との慶應義塾大学・准教授相互作用の温度による制御についでは、温度応答性高分子の分離材料としての十分な性能を引き出せていない可能性があります。そこで本研究では、温度応答性高分子近傍の水分子挙動の詳細て研究してきました。細胞の約 70％は水ですので、DDSナノキャリアと水との相互作用の理解は極めて重要です。

な解析を行います。これにより、さらなる機能性を有する上記のデンドリ的な分離材料の創出を目指します。

本 研 究 課 題 で は、温度応答性高分子界面の設計指針を構築することで、革新マーナノ粒子の水和 状 態 を 調 べ、ナノ粒子の機能との相関について明らかにします。

3

A03

機能開拓班
98％以上が水からなるフォトニック

水圏材料の励起状態制御

高分子ゲルの開発と機能開拓

水中での分子集合体に関液晶モノマーをハイドロゲする研究は環境・エネルギールに導入することで、孔雀のか ら 薬 剤・生 体 の 各 分 野 ま羽の様な構造色を示す「フォで様々な領域を網羅していトニックゲル」の研究を行っま す。他 の 溶 媒 と 異 な り、て い ま す。様 々 な 物 理・化 学

水は反応場形成のための媒的刺激によって、積層構造の体やその運び手、エネルギー楽 優鳳

変換における電子源など複

羽曾部 卓
慶應義塾大学・教授

産 業 技 術 総 合 研 究 所・数の役割を同時に担える特主任研究員

異 な 溶 媒 と 言 え ま す。本 研

周期が変化すると、回折波長のシフトとして光学的に色の変化が表れます。本研究では、一次元周期構造を持つ 98% 以上が水からなる電解質フォトニックハイドロゲルを作製

究では水中での凝集状態をしてその性質を明らかにするとともに、電場等に応答す制御することで水と光エネる新たな機能を開拓します。

ルギーが共生可能な機能を開拓します。

文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究 （研究領域提案型）（No. 6104）令和元年-5年度「水圏機能材料：環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成」
ニュースレター第8号（2021年8月発行）■編集・発行 「水圏機能材料」総括班〒113-8656 東京都文京区本郷 7-3-1〒650-0047 神戸市中央区港島南町 7-1-28
https://www.aquatic-functional-materials.org

東京大学大学院工学系研究科 加藤研究室内
兵庫県立大学大学院情報科学研究科 鷲津研究室内

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