Crystallization of difficult-to-crystallize substances using the concentration effect of surface plasmon resonance and creation of separation and purification technology

利用表面等离子体共振的浓缩效应使难结晶物质结晶并创造分离纯化技术

基本信息

批准号：
22K04945
负责人：
奥津哲夫
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

本研究は、金粒子に分子が吸着する効果および表面プラズモン共鳴の増強電場によるトラップ作用を用いて分子の濃縮を行い、結晶化が難しい分子の結晶化を行う。金ナノ構造が構築された基板上にアミノ酸やペプチドの溶液を滴下すると液滴の外側のオイル相中の金基板上に結晶が出現することを見いだした。結晶は液滴の外側に同心円状に出現する。液滴中の溶質分子は外側のオイル相に拡散し、金粒子表面に吸着し濃縮されて結晶化したと考えている。さらに、滴下する溶液は飽和溶液でなくても結晶化する。光照射を行うと、円周の直径が小さいところで結晶化が起こる。二種類の溶質を混ぜて滴下すると、異なる半径で別々に結晶化する。これらの現象を見出し、結晶化が難しい物質を結晶化することを試み、混合物の分離に応用できる可能性について研究する。物質によって結晶化が起こる場所が異なるのは、水相とオイル相での二相間分配平衡と、オイル相と金ナノ構造での吸着平衡が物質により異なるためであることを示す。この平衡定数を変えることにより、別々の場所で結晶化させ、分離・精製が行うことを計画している。金のナノ構造は、物質を吸着する機能を持つ。ナノ構造のギャップでは表面プラズモン共鳴による増強電場が発生し、光ピンセット効果で分子をトラップする。ギャップで分子がトラップされて濃縮され結晶化が始まると考えられる。この方法は新しい分離・精製の原理である。今までに合成分野で用いられているカラムを用いた分離・精製では大量の溶媒とシリカゲルが必要であった。この方法は廃棄物を出さず、SDGｓな方法である。時代に即した方法として研究を育てる。

本研究利用分子对金颗粒的吸附作用和表面等离子体共振增强电场的捕获效应，通过浓缩分子的方式使难以结晶的分子结晶。我们发现，当将氨基酸或肽的溶液滴到已构建有金纳米结构的基底上时，晶体会出现在液滴外的油相中的金基底上。晶体同心地出现在液滴外部。据认为，液滴中的溶质分子扩散到外部油相中，吸附到金颗粒表面，浓缩并结晶。此外，滴加的溶液即使不是饱和溶液也会结晶。当用光照射时，在圆周直径小的地方发生结晶。当两种类型的溶质混合并滴落时，它们会以不同的半径分别结晶。我们将发现这些现象，尝试使难以结晶的物质结晶，并研究将其应用于混合物分离的可能性。我们表明，结晶发生的位置根据物质的不同而不同，因为水相和油相之间的两相之间的分布平衡以及油相和金纳米结构之间的吸附平衡根据物质的不同而不同。通过改变这个平衡常数，我们计划在不同的位置结晶并进行分离和纯化。金纳米结构具有吸附物质的能力。在纳米结构的间隙中，表面等离子体共振产生增强的电场，利用光镊效应捕获分子。据认为，分子被困在间隙中，集中，结晶开始。该方法是一种新的分离纯化原理。合成领域中使用的柱分离纯化需要大量的溶剂和硅胶。该方法不会产生废物，是可持续发展目标的方法。培育研究作为一种与时代相关的方法。