電極間伸長固定ＤＮＡ／光電機能分子単一鎖ネットワークの光電機能

研究目的

本研究では、DNAと光電機能分子から構築される機能性ナノワイヤの単一鎖レベルでの光・電子特性解明と、そのネットワークによる高機能化を目的とする。 DNAはその特異な構造規則性や、異種分子との組織化による機能性付与の観点から、生化学のみならず材料化学分野において、高機能性の高分子ビルディングブロックとして期待されている。これまで、DNAの光・電子機能化に関する研究は国内外で活発に行われてきたが、その多くは金属イオンや色素など低分子系化合物をDNAへ作用させるものであった。我々はその中で、DNAをテンプレートに用いて導電性高分子や発光錯体を組織化し、その薄膜が示す興味深い高次機能について議論、報告を行ってきた。 本研究では、このDNA/光電機能分子組織体を分子アーキテクチャと捉え、電極間に伸張固定されたDNA高次組織体ナノワイヤの光・電子特性を単一鎖レベルで解明する。特に、単一鎖レベルでの光電特性をその高次構造と相関づけて議論し、領域の共同研究を通して、その理解をDNA/光電機能分子高次組織体が示す興味深い現象解明に繋げる。さらにはDNAが構築する次世代分子組織体ナノネットワークの創製を目指す。

領域内での役割と必要性

本研究で目指すDNA高次組織体ナノワイヤは、機能性分子群がDNAナノワイヤを土台として高次に配列された構造を有していることから、分子アーキテクトニクスが目指す「分子を建築物のように組立てる」手法の一つとして提案でき、幅広い共同研究の可能性を有すると考えられる。 さらに、本研究ではDNA高次組織体ナノワイヤ単一鎖のみならず、複数のDNA複合ナノワイヤによる協奏的な機能発現とその動的制御を目的としている。我々のグループで構築する発光・導電性を有するDNA組織体ネットワークの機能の詳細を、領域内の共同研究によって解明することで、「分子アーキテクチャによる調和のとれた電子・光・情報処理機能の発現」に貢献したいと考えている。

研究内容

これまでに、DNA/光電機能分子組織体単一鎖の電極間配向とその構造解析を行ってきた。まず、高周波・高電界の印加による静電的伸長によってμm間隔の電極間に伸長固定したDNAナノワイヤに、発光性錯体や導電性高分子を相互作用させ、電極間に伸長固定されたDNA/光電機能組織体を単一鎖レベルで得ている。この高次組織体は，光電機能的に特徴ある分子群が高次に配列された構造を有している。 本研究では、これらDNA高次組織体ナノワイヤの光・電子機能特性の定量的理解を行う。顕微分光、SPM、SEM等を用いてナノワイヤの光学特性や電流-電圧特性を評価し、領域の物性関連研究者と理論的解釈も含めて議論することで、DNA/光電機能組織体単一鎖分子アーキテクチャの光・電子機能を解明する。また、同様な解析から得られる構造に関する知見を併せ、光・電子機能と高次構造との相関を明らかにする。これら得られた結果を、すでに薄膜系で得られている興味深い結果の解釈に役立て、DNAの機能材料としての特徴を分子レベルから解明する。さらには、このDNAナノワイヤ単一鎖に種々の刺激を与えることで発現する機能を検討し、領域が目指す単一鎖機能とその応用展開の実現に貢献するとともに、革新的な光電機能を示す次世代分子ナノネットワークの創製を目指す。

追加情報

研究課題番号：16H00955　科研費データーベースはこちら
電極間伸長固定されたＤＮＡ／導電性高分子高次組織体単一鎖の光電機能(2014-2015 　研究課題番号：26110503）

メンバー

研究代表者：小林　 範久（千葉大学　大学院融合科学研究科　教授）

連携研究者：中村 一希（千葉大学　大学院融合科学研究科　准教授）