[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!

“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

The following two tabs change content below.
cosine

cosine

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. シクロヘキサンの片面を全てフッ素化する
  2. ペプチド触媒で不斉エポキシ化を実現
  3. 史上最も不運な化学者?
  4. 明るい未来へ~有機薄膜太陽電池でエネルギー変換効率7.4%~
  5. 世界初!反転層型ダイヤMOSFETの動作実証に成功
  6. 位置選択的C-H酸化による1,3-ジオールの合成
  7. 穴の空いた液体
  8. 恋する創薬研究室

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. で、その研究はなんの役に立つの?
  2. ビタミンDで肺ガンの生存率が上がる?
  3. 辻・ウィルキンソン 脱カルボニル化反応 Tsuji-Wilkinson Decarbonylation
  4. インフルエンザ治療薬「CS‐8958」、09年度中にも国内申請へ
  5. ビタミンB12 /vitamin B12
  6. 来年は世界化学年:2011年は”化学の年”!
  7. 2009年度日本学士院賞、化学では竜田教授が受賞
  8. メルク、途上国でエイズ抑制剤を20%値下げ
  9. 立体電子効果―三次元の有機電子論
  10. 椎名マクロラクトン化 Shiina Macrolactonization

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

専門家要らず?AIによる圧倒的高速なスペクトル解釈

第169回目のスポットライトリサーチは、東京大学大学院工学系研究科博士課程・清原慎さんにお願いしまし…

日本プロセス化学会2018ウインターシンポジウム

ご案内日本プロセス化学会(JSPC)が年2回主催するシンポジウムは、最新のプロセス化学の知識を習…

フラーレンの“籠”でH2O2を運ぶ

過酸化水素分子内包フラーレン誘導体を、大気圧・室温条件下で合成する方法が開発された。分子内包フラ…

北エステル化反応 Kita Esterification

概要ルテニウム触媒存在下、エチニルエチルエーテル試薬を脱水剤として用い、カルボン酸とアルコールか…

一人二役のフタルイミドが位置までも制御する

N-ヒドロキシフタルイミドを用いる逆マルコフニコフ型のヒドロアミノ化が報告された。遷移金属触媒および…

ジアゾニウム塩が開始剤と捕捉剤を“兼務”する

アリールジアゾニウム塩を用いたプレニルカルバマート/ウレアのシクロアミノジアゾ化反応が開発された。入…

PAGE TOP