らせん構造状に積層する超分子ポリマーを開発―原子が1つ異なる分子を混ぜると自発的に積層：千葉大学/高エネルギー加速器研究機構
(2020年4月1日発表)
千葉大学と高エネルギー加速器研究機構(KEK)、英キール大学、ドイツ連邦材料試験研究所の国際共同研究チームは4月1日、原子が1つだけ異なる2種類の分子を混ぜると、分子認識で形成されるユニットがらせん構造状に積層する新しい超分子重合を開発、できた超分子ポリマーは、ある温度帯で一気に崩壊するというこれまでにない熱応答性を示すことを見出したと発表した。刺激に応答する新たな高分子材料の開発が期待されるとしている。
分子（モノマー）が弱い相互作用で結合した超分子ポリマーは、多様な機能を持った分子を簡単に高分子化できるほか、容易に分解できたり、自己修復できたりするなど、共有結合で強く重合したポリマーとは大きく異なる性質を持つ。
このポリマー材料の研究開発に取り組んでいる国際共同研究チームは、これまでの研究で、ナフタレン誘導体の一つが有機溶剤中で水素結合によって風車状ユニットを形成し、このユニットが超分子重合することでリング状の超分子ポリマーを形成すること、また、このナフタレン誘導体に酸素原子を1つ付加した分子は積層様式が変化し、曲がることなくまっすぐに伸びたファイバー構造を形成することを見出した。
そこで今回、原子が1つだけ異なる2種類のナフタレン分子を混合すれば超分子高次構造の曲率の度合いを制御できるのではないかとの仮説を立て、実験・観察した。
その結果、初めにアモルファス構造状態が観察された後、このアモルファス構造溶液を室温で放置したところ、数日かけて徐々にらせん構造が形成される様子を捉えることに成功した。
このらせん構造は、2つの分子が交互に配列した統合型風車状ユニットから成ること、統合型ユニットはリング形状で止まらずにらせん構造へと自発的に成長することを見出した。
また、らせん構造の溶液を加熱したところ、45℃～50℃の非常に狭い温度範囲で、らせん構造体はアモルファス構造へと一気に崩壊する現象が認められ、これまでにない分解メカニズムを持っていることが明らかになった。
今後、多様な分子で研究すれば、より様々な刺激に対して高速に応答する超分子ポリマー材料の開発が期待されるとしている。
