超分子を用いた電子/イオン変換人工膜システムの創製

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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。