超分子を用いた電子/イオン変換人工膜システムの創製

利用超分子创建电子/离子转换人工膜系统

基本信息

批准号：
02J08633
负责人：
伊藤大知
金额：
$ 1.86万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、分子認識部位とアクチュエータ部位を持つ人工膜システムとその協調による、生体機能に見られるような高度な機能を持った人工膜システムの開発を目的としている。昨年度、本研究にて取り組んでいる人工膜システムが浸透圧及び浸透圧流束制御機能を有することを明らかにした。本年度は、この静水圧流束制御機能と浸透圧制御機能を、Teorell振動子を参考にして細管フィードバックを用いて協調させ、新たな振動子系を構築して実験により実証した。さらに非平衡熱力学の輸送方程式と、Hodgkin-Huxsley方程式に代表される遅れ時間方程式からなる数理モデルを構築してRunge-Kutta法により数値解を求め、計算結果と実験を比較した。数理モデルを用いた考察により、非線形振動に必須な自触媒効果が、輸送係数の膜厚依存性の違いによって生じることを明らかにした。以上の現象は超分子系を他の系に拡張しても成立する普遍的な知見であり、生命と人工材料の隔たりを埋める大きな一歩であり、今後さまざまな工学的応用が期待される。さらに振動現象設計のバリエーションを広げるために、ポリマー設計まで踏み込んだ。アクチュエータとして用いていたN-isopropylacrylamideに換わり、poly-methacrylamidopropyltrimethylamonimchloride(MAPTAC)-co-acrylic acid(AA)を用いた分子認識応答ポリマーの開発を行い、静電相互作用、水素結合、水和構造の制御と複数相互作用を分子認識によって制御することにより、pHが変わると分子認識応答性が変化するポリマーの開発に成功した。

本研究的目的是利用具有分子识别位点和执行位点的人工膜系统及其配合，开发具有与生物功能相似的高级功能的人工膜系统。去年，我们透露，我们正在研究的人工膜系统具有控制渗透压和渗透通量的能力。今年，我们构建了一个新的振荡器系统，并参考 Teorell 振荡器，通过使用管式反馈来协调静水通量控制功能和渗透压控制功能，并进行了实验演示。此外，我们构建了由非平衡热力学输运方程和以Hodgkin-Huxsley方程为代表的延迟时间方程组成的数学模型，利用龙格-库塔法获得了数值解，并将计算结果与实验进行了比较。使用数学模型的分析表明，非线性振荡所必需的自催化效应是由传输系数的膜厚度依赖性差异引起的。上述现象是一个普遍的知识，即使将超分子系统扩展到其他系统，也是如此，并且是弥合生命与人造材料之间差距的重要一步，并且有望在未来具有各种工程应用。此外，为了扩大振动现象设计的多样性，我们还进入了聚合物设计。我们开发了一种分子识别响应聚合物，使用聚甲基丙烯酰氨基丙基三甲基氯化铵（MAPTAC）-共丙烯酸（AA）来代替用作致动器的N-异丙基丙烯酰胺，通过控制多个来控制静电相互作用、氢键和水合结构。通过分子识别与分子相互作用，我们成功开发了一种聚合物，其分子识别响应性会随着pH值的变化而变化。