Creation and application of nanoscale polycatenane

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本研究は、当該研究グループが先駆的に開発に成功した直径20 nm程度のπ-リング、すなわちπ共役分子が集合することで形成する機能性ナノリング構造体を鎖のように連結することを目的とした。このような構造体はポリカテナンと呼ばれ、低分子では報告があるものの、ナノスケールの集合体では報告がない。π-リングは様々な機能性分子から作ることができるため、フォトクロミック分子や発光分子を用いることで、変形可能なリング構造や発光性リング構造の構築が可能になる。本研究では、これら機能性π-リングをポリカテナン化することで、光駆動性や発光性ポリカテナンを構築する。これらの構造を各種顕微鏡で可視化し、その物性を精査することで、ナノスケールでのトポロジーに特有な機能を有するソフトマテリアルを創出するための研究基盤を構築する。すでにπ-リングを効率よく形成する標準分子を基軸として、ポリカテナンを高収率で得るための手法を探求した。これまでは高温モノマー溶液の冷却によってπ-リングが偶発的に連結することによってポリカテナンを得ていた。一方、溶媒混合法を活用することで、２次核形成、すなわちすでに形成されたナノリングの内側で新たなπ-リングを形成させることができることが明らかになった。そこで、様々な溶媒を用い、カテナンの形成率を精査した。さらに、２次核形成によってリングが連結されうることを証明するために、リングを用いた種（シーディング）実験を行い、これを実証した。結果を論文としてまとめ、Nature誌に投稿したところ、審査員から極めて高い評価を受け、掲載が決定した。