クロロフィルを用いた自己集積型光応答ナノデバイスの構築

利用叶绿素构建自组装光响应纳米器件

基本信息

批准号：
17029065
负责人：
民秋均
金额：
$ 3.2万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

緑色光合成細菌の膜外アンテナ部=クロロゾーム中では、通常のクロロフィルとは分子構造の異なる特別なクロロフィル分子が、自己会合することによってアンテナ色素部を形成している。そこで、天然型のクロロゾームクロロフィルを模した様々なモデル色素分子を合成して、多様な条件下でその自己会合体を創製し、その物性を検討しつつ、光応答ナノデバイスの構築を固体界面上で行った。クロロゾームクロロフィルモデル分子に様々な官能基を導入する際には、これまでは有機合成化学的手法を駆使してきたが、選択的な官能基導入は困難を伴うことが多かった。そこで生合成に用いられている酵素を利用して、クロロフィルの位置・立体選択的変換を行った。活性化されていない20位の炭素上への直接メチル化に成功したのをはじめ、ピロールB環上のC7=C8二重結合の不斉還元にも世界で初めて成功した。さらに、17位上のエステルのゲラニルゲラニル鎖の位置選択的で段階的な不斉還元にも取り組んでいる。次に、光機能性界面デバイス構築のために、より安定な自己会合体の構築を行った。アクリレートやジアセチレンの熱・光重合やシラノールの縮重合の利用を試みて、後者によって生成するポリシロキサンが有効であることが判った。このようにして構築された自己会合体は、残存シラノールによって水中では表面負電荷を有するために、正電荷を帯びた界面上に固定化でき、さらに幾層でも積層出来ることが判った。同様の静電的相互作用を利用して、負電荷を有するカルボン酸型クロロフィルを半導体表面に修飾して、色素増感型太陽電池を構築できることも判明した。

在绿色光合细菌的“绿色光合细菌的外膜外天线”部分中，具有不同分子结构的特殊叶绿素分子与正常叶绿素自相结合以形成天线染料截面。因此，合成了模仿天然叶绿体叶绿素的各种模型染料分子，并在各种条件下创建了自我相关的材料，在研究其物理特性时，在实心界面上构建了光反应纳米式设备。在将各种官能团引入叶绿体叶绿素模型分子中，到目前为止，有机合成化学技术已经用完了，但是选择性官能团通常很困难。因此，用于生物合成的酶用于执行叶绿素的位置和立体选择性转化。除了能够直接甲基化甲基酸酯到未激活的20位碳上，它也是世界上第一个成功的C7 = C7 = C8双键在吡咯B环上的成功。此外，他们还在酯17处的酯的酯链酯链的逐步进行区域选择性，逐步不对称还原。在尝试使用丙烯酸酯和二酰二乙烯的热聚聚合和光聚聚合以及硅烷酚的凝结聚合化后，已经发现，后者产生的多硅氧烷是有效的。已经发现，以这种方式构建的自组装由于残留的硅醇而在水中具有负面电荷，并且可以固定在带正电荷的界面上，并且可以在多层层中层压。还发现，类似的静电相互作用可用于修饰半导体表面上带负电荷的羧酸叶绿素，以构建染料敏化的太阳能电池。