曲率の違いを利用した異方性ナノ粒子の多段階自己集合化

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本研究課題は、異方性ナノ粒子の集合化を多段階で誘起することを目標としている。前年度までに表面修飾分子の作製、異方性ナノ粒子として異なるサイズの金ナノロッドの合成、および温度を変化させた際の集合化挙動について解析した。しかし、詳細な集合体の構造や集合化メカニズムについては不明であったので、本年度はこれらを明らかにすることを目指した。エチル基を有するオリゴエチレングリコール誘導体（HS-(CH2)11-(OCH2CH2)6-OCH2CH3）で被覆された金ナノロッド（長軸33 nm×短軸14 nm）を作製し、温度を変化させて集合化の挙動を調べた。電子顕微鏡による観察の結果、30℃では長軸側同士が相互作用した円板形状のサイド-バイ-サイド集合体（流体力学的直径：約100 nm）を形成していた。これは、加熱によってサイド部のリガンド分子が脱水和したことを示している。さらに、40℃以上に加熱すると、エッジ部のリガンド分子も脱水和することで、サイド-バイ-サイド集合体をユニットとした二次集合体（約500 nm）が階層構造として形成された。すなわち、単一種類の分子で被覆された金ナノロッドは温度に応じて異なる集合体構造を形成した。冷却すると30℃で再びサイド-バイ-サイド集合体を形成し、更なる冷却で分散状態に戻ることがわかった。すなわち、階層構造の集合体形成と脱集合を動的に制御することに成功した。以上、異方性ナノ粒子の部位による曲率の差異に由来するリガンド分子の脱水和温度の違いに着目し、階層構造を有するナノ粒子集合体の作製に成功した。その結果、一種類のリガンド分子によるシンプルな表面修飾で、可逆的な二段階自己集合化による階層構造の構築に成功した。異方性ナノ粒子の曲率に着眼することは多段階の集合化による階層構造作製のための表面設計の指針になると期待される。