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スポットライトリサーチ

フォトメカニカル有機結晶を紫外線照射、世界最速で剥離

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第321回のスポットライトリサーチは、大阪市立大学大学院工学研究科(小畠研究室)・玉置 将人さんにお願いしました。

分子レベルでエネルギーを力や動きへと変換する素子「分子アクチューエータ」は、未来的なナノロボットの部品になったりと諸々の応用が期待できます。これを光応答性の結晶性化合物で組みあげると「動く結晶」になりますが、大きさや応答速度を制御することは未だ困難です。本成果では、適切な応答を示す適切なサイズの結晶片を紫外光照射で剥離して製造できることを示しています。Cryst. Growth Des.誌 原著論文・プレスリリースに公開されています。

“Light-Driven Rapid Peeling of Photochromic Diarylethene Single Crystals”
Tamaoki, M.; Kitagawa, D.; Kobatake, S. Cryst. Growth Des. 2021, 21, 3093–3099.doi: 10.1021/acs.cgd.1c00270

それでは今回もインタビューをお楽しみください!

Q1. 今回プレスリリースとなったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

光照射によって色が変化するフォトクロミック化合物からなる結晶に紫外線を照射すると、フォトメカニカル挙動という、結晶形状変化が起こります。このフォトメカニカル挙動は電気配線や回路を必要とせず、非接触で遠隔でも操作が可能なことから、次世代のアクチュエーターへの応用が期待されています。しかし、挙動速度は結晶サイズに依存するため、適切なサイズの結晶を作り分けることが課題とされていました。

本研究では、フォトクロミック化合物であるジアリールエテン1a(図1)の結晶に紫外線を照射すると、結晶から小さな結晶片が剥がれるように分離する挙動を発見しました(図2)。画像の下方から紫外線を数秒間照射したところ、紫外線照射面から結晶が剥離されました。剥離は開始してからおよそ175マイクロ秒で完了し、非常に高速で剥離が進行しました。

図1 本研究で使用したジアリールエテン

図2 結晶1aに紫外線を画像の下方から照射したときの剥離の様子(白黒のハイスピードカメラ画像)

また、剥離した結晶片を取り出し、可視光線をあて続け真っ直ぐにした後、紫外線を照射したときの結晶片の挙動を観察しました(図3)。すると、結晶片は0.5秒で高速屈曲を示し、剥離した結晶片は高速屈曲に適した結晶サイズであることが明らかになりました。このことから今回発見した剥離挙動は、高速屈曲を示すフォトアクチュエーター素子の新たな作製法を提案します。

図3 剥離した結晶片の光照射挙動

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

はじめて剥離挙動を目にした瞬間が、最も思い入れがあります。元々、分子スケールの変化によって結晶全体が動く点に魅力を感じ、フォトメカニカル挙動のテーマを担当しました。それを自らの手で実現できたときはとても感動しました。剥離挙動はほんの一瞬の出来事であり、それを撮影することは難しかったのですが、初めてハイスピードカメラでの撮影に成功したときは、嬉しさのあまり研究室のメンバーに動画を見せに回ったことを覚えています。(笑)

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

結晶の扱いに苦戦しました。私自身が不器用ということもあり、ミクロサイズの結晶の扱いに慣れるまでには多大な時間と労力を要しました。これを乗り越えることができたのは、完全に根性です。(笑)どれだけ腕がプルプル震えても、顕微鏡をのぞいて結晶を触ることを止めなかったことで慣れることができました。おかげで、今では研究室の学生の中で、一番結晶の扱いが上手な自信があります。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

化学は人々の生活を根底で支えている学問だと考えています。その化学によって、人々の生活を大きく支えるような材料・製品を開発したいです。自分で開発したモノが世界中で使われる、これほど研究者冥利に尽きることはありません。いつか私の研究が世界の役に立つ日を夢見て、化学と向き合っていきたいと思います。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

普段から拝見させていただいているChem-Station様に、スポットライトリサーチとして私の研究を取り上げていただき、大変光栄に思います。私は普段から、自身の研究テーマに対して愛着を持つことを大切にしています。実験がうまくいかないときもありますが、そんな一面も可愛がってあげられるような愛着を持つことで、研究は良い方向へ進むのではないかと考えています。深い愛を注ぎすぎてメンヘラにならない程度に、みなさんもぜひ愛着をもって研究を行ってみてください。

最後に私たちの研究室が運営しているYouTubeチャンネルを紹介させていただきます。このチャンネルでは、私たちが専攻している光化学の知識や、実験操作・装置の説明を、理系でなくても大学生でなくてもわかりやすいような内容で配信していく予定です。ぜひチャンネル登録をお願いします!(コバタケ研の実験ノート

研究者の略歴

名前:玉置 将人(たまおき まさと)
所属:大阪市立大学大学院工学研究科化学生物系専攻 小畠研究室
研究テーマ: ジアリールエテン単結晶による光誘起高速ピーリング
略歴:
2020年3月 大阪市立大学 工学部 化学バイオ工学科 卒業
2020年4月 大阪市立大学大学院 工学研究科 化学生物系専攻 前期博士課程 入学
現在 前期博士課程2年

cosine

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博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
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。

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