[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

化学の力で迷路を解く!

[スポンサーリンク]

“Maze Solving by Chemotactic Droplets”
Lagzi, I.; Soh, S.; Wesson, P. J.; Browne, K. P.; Grzybowski, B. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1198. doi:10.1021/ja9076793

本日公開されたばかりの論文ですが、分野を問わず化学者の皆さん気になっているご様子。Twitter上でも、ちらほら話題として見られます。やはり普段見かけない奇抜な論文には目が留まってしまうものなんでしょう。せっかくですから、ここで取り上げてみましょう。

まずは百聞は一見にしかず。上の動画をご覧ください。

水溶液を満たした迷路に赤色の油滴を落とすと、自発的に動いてゴールにたどり着くという、驚きの様子が収められています。

良く見てもらえれば分かりますが、一度間違ったルートに入っても、いずれ正しいルートに戻ってきます。結果として油滴は、ほぼ最短ルートを進んで迷路を解きます

この驚くべき現象、一体全体どんなカラクリになってるのでしょうか?

理解のキーポイントは、以下の二点になります。

  1. 迷路にpH勾配を付けてある
  2. pH勾配を表面張力の差に変換する仕組みを使って、油滴を動かしている

まず①ですが、迷路には水酸化カリウム水溶液(pH 12)が満たされています。そして出口には、塩酸(pH 1)を含むゲルが置かれます。

するとゲルからじわじわと塩酸が拡散し、以下の模式図で示すように、出口がもっとも酸性(低pH)、入口がもっともアルカリ性(高pH)の強い迷路が出来上がります(赤色が濃い部分ほどpHが低い)。入口~出口を結ぶ最短ルートだけが、凹凸の無い単調なpH勾配を持つことに注意してください。

続いて②ですが、実は油滴に仕掛けがしてあります。着色料に加えて、脂肪酸 (2-ヘキシルデカン酸, HDA)が溶かしてあります。

迷路上に油滴を落とすと、脂肪酸が水溶液に染みだしてきます。アルカリ性溶液では脱プロトン化を受け、イオン体となります。イオン体となった脂肪酸は、界面活性剤として働き、油滴周りの表面張力を低下させます。このため、溶液のpHが高いほど表面張力が低く、pHが低いほど表面張力が高くなる、という状況が油滴の周りで生じます。こうして、表面張力の高い方(=pHの低い方)に引きずられる形で、油滴が動くことになります。

maze_3.gif
子供の頃、「洗剤をたらすと、水面に浮かんだものが動く」のを見た覚えは無いでしょうか? 大まかには、あれと同じ原理です。以下はその実際例。ちなみにもっと詳細な理屈については、論文上で数式を使った説明がなされています。ちょっと複雑すぎるので、ここではこの程度にとどめておきましょう。
この迷路設計では「間違ったルート=pHが高くなる方向」となっています。このため間違ったルートに入ると、必然的に逆方向の力がかかるようになっています。結果として、正しいルートに押し戻されていくわけですね。
この手法は原理上、適用可能な迷路の大きさに制限があるようです。できるpH勾配が緩やか過ぎるため、上手く機能してくれないのだとか。さらに一般化するには、別の手法が必要となるようです。

一流ジャーナルに載っている最先端研究ですが、根本原理自体は、実は小学生でも実感できるもの、という事実には全く驚きです。大発見の種は、まだまだそこら中に転がっているのでしょうね。

関連リンク

cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 印象に残った天然物合成 2
  2. ヒドロゲルの新たな力学強度・温度応答性制御法
  3. 磁気ナノ粒子でガン細胞を選別する
  4. 安定な環状ケトンのC–C結合を組み替える
  5. 27万種類のビルディングブロックが購入できる!?
  6. 2007年度ノーベル化学賞を予想!(2)
  7. 「自分の意見を言える人」がしている3つのこと
  8. メールのスマートな送り方

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 20年新卒の志望業界ランキング、化学は総合3位にランクイン
  2. ヘリウム新供給プロジェクト、米エアプロダクツ&ケミカルズ社
  3. 化学五輪、日本代表4人の高校生が「銅」獲得
  4. 「糖鎖レセプターに着目したインフルエンザウイルスの進化の解明」ースクリプス研究所Paulson研より
  5. A-ファクター A-factor
  6. ガレン・スタッキー Galen D. Stucky
  7. 新たなクリックケミストリーを拓く”SuFEx反応”
  8. 三枝・伊藤酸化 Saegusa-Ito Oxidation
  9. 第99回日本化学会年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part I
  10. 水から電子を取り出す実力派触媒の登場!

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2010年1月
« 12月   2月 »
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

注目情報

最新記事

ポンコツ博士の海外奮闘録 外伝② 〜J-1 VISA取得編〜

ポンコツシリーズ番外編 その2 J-1 VISA取得までの余談と最近日本で問題になった事件を経験した…

結合をアリーヴェデルチ! Agarozizanol Bの全合成

セスキテルペンAgarozizanol Bの全合成が初めて達成された。光照射下で進行するカスケード反…

有機合成化学協会誌2022年1月号:無保護ケチミン・高周期典型金属・フラビン触媒・機能性ペプチド・人工核酸・脂質様材料

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2022年1月号がオンライン公開されました。本…

第167回―「バイオ原料の活用を目指した重合法の開発」John Spevacek博士

第167回の海外化学者インタビューは、ジョン・スペヴァセック博士です。Aspen Research社…

繊維強化プラスチックの耐衝撃性を凌ぐゴム材料を開発

名古屋大学大学院工学研究科有機・高分子化学専攻の 野呂 篤史講師らの研究グループは、日本ゼオンと共同…

反応化学の活躍できる場を広げたい!【ケムステ×Hey!Labo 糖化学ノックインインタビュー②】

2021年度科学研究費助成事業 学術変革領域研究(B)に採択された『糖鎖ケミカルノックインが拓く膜動…

UiO-66: 堅牢なジルコニウムクラスターの面心立方格子

UiO-66 は六核ジルコニウムオキシクラスターを SBU に持ち、高い熱安定性 · 化学安定性を示…

危ない試薬・面倒な試薬の便利な代替品

実験室レベルでは、未だに危険な試薬を扱わざるを得ない場合も多いかと思います。tert…

赤外線の化学利用:近赤外からテラヘルツまで

(さらに…)…

【誤解してない?】4s軌道はいつも3d軌道より低いわけではない

3d 遷移金属は、多くが (3d)n(4s)2 という中途半端に 3d 軌道が埋まったまま 4s 軌…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP