Development of Molecular Sensors Based on Orientation Change of Liquid Crystals

基于液晶取向变化的分子传感器的研制

基本信息

批准号：
22K14733
负责人：
内田淳也
金额：
$ 2.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、液晶材料を基盤とする分子認識センサーの開発に向けた材料設計指針を確立することを目指している。本年度は、分子認識部位を有するメソゲン分子の設計、合成を行い、生体分子を認識する液晶界面の構築を行った。生体分子認識部位を有するメソゲン分子の構造が、界面における配向、および標的分子に対する応答性に与える影響について調べるため、異なる数の棒状部位を有するメソゲン分子を設計、合成した。複数の棒状部位を有するメソゲン分子を用いて作製した液晶界面は、標的タンパク質に応答して液晶分子の配向が変化し、偏光顕微鏡観察において暗視野から明視野へと変化することを明らかにした。一方、単一の棒状部位を有するメソゲン分子を用いて作製した液晶界面は標的タンパク質に応答せず、暗視野のままであった。メソゲン分子の分子設計により、センシング機能を有する液晶界面を構築できることを示した。特定の気体分子に対して選択的に応答する液晶材料の開発に向けて、相互作用部位を導入した新規メソゲン分子を設計、合成した。これらのメソゲン分子とネマチック液晶との相溶性、および界面における分子配向を制御するため、スペーサー部位の構造を変えた複数の化合物の合成を行った。刺激に応答して巨視的な変形を示す新たな自己組織性超分子液晶ポリマーを構築した。複数種の非共有結合を組み合わせることで、超分子液晶材料の動的機能の発現および制御が可能であることを示した。

本研究旨在为基于液晶材料的分子识别传感器的开发建立材料设计指南。今年，我们设计并合成了具有分子识别位点的介晶分子，并构建了识别生物分子的液晶界面。为了研究具有生物分子识别位点的介晶分子的结构对其界面取向和对目标分子的响应性的影响，我们设计并合成了具有不同数量的棒状位点的介晶分子。在使用具有多个棒状部分的介晶分子制造的液晶界面中，液晶分子的取向响应于目标蛋白质而改变，并且已经表明，观察时液晶界面从暗场变为明场用偏光显微镜。另一方面，使用具有单个棒状部分的介晶分子创建的液晶界面不响应目标蛋白质并保留在暗场中。我们表明，通过介晶分子的分子设计可以构建具有传感功能的液晶界面。为了开发选择性响应特定气体分子的液晶材料，我们设计并合成了具有相互作用位点的新型介晶分子。为了控制这些介晶分子与向列液晶之间的相容性以及界面处的分子取向，我们合成了几种在间隔位点具有不同结构的化合物。我们构建了一种新型自组装超分子液晶聚合物，它在刺激下表现出宏观变形。我们已经证明，通过组合多种类型的非共价键可以表达和控制超分子液晶材料的动态功能。