液晶性コロイドナノクリスタルを基盤とする次世代ハイブリッド材料の構築

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結晶と液体の中間相である液晶は、異方的な形状を有する有機分子により形成される。一方、無機ナノ粒子も液晶相の形成が可能だが、異方的な形状、均一なサイズ、コロイド安定性が必要であり、その数は非常に少ない。本研究では、新しい無機のコロイド液晶を開発するために、歯や骨など生体硬組織であるバイオミネラルに着目した。これらのバイオミネラルのナノ構造中には、形状やサイズが緻密に制御されたヒドロキシアパタイトのナノロッドが形成されている。これは、酸性の生体高分子により、ヒドロキシアパタイトの結晶化が精密に制御された結果である。そこで本研究では、「液晶」と「バイオミネラル」の知見を融合し、酸性高分子により無機物質の形状やサイズを精密に制御することで、ヒドロキシアパタイトや炭酸カルシウムからなる液晶新材料「バイオミネラル液晶」の開発し、その機能化を目指した。本年度は、液晶性ヒドロキシアパタイトナノロッドを基板上に配列させ、それを細胞培養の足場として利用した。配列基板上で培養した細胞は、ナノロッドの配列方向と同一方向に配列した。このことから、ヒドロキシアパタイト液晶は、細胞の配列方向を制御するための足場として有用であることが分かった。次に、ヒドロキシアパタイトナノロッドに光増感剤分子を担持し、光線力学療法のためのナノキャリアとして応用した。光増感剤分子を導入したナノロッドは、がん細胞内部へ取り込まれ、光照射により効率的に一重項酸素を発生させることでがん細胞を死滅させることが分かった。最後に、酸性高分子で安定化したアモルファス炭酸カルシウムの結晶化条件を詳細に検討することで、液晶性炭酸カルシウムナノディスクとナノロッドを作り分けることに成功した。これらの成果は、新しい無機コロイド液晶の合成に重要な知見を与えるとともに、革新的な有機／無機ハイブリッド材料の開発に大きく貢献すると考えられる。