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自己組織化



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自己組織化
1977年、

九州大学の国武豊喜名誉教授が世界で初めて人工的に自己組織化を再現した。

生物の組織が自然にできるのが自己組織化

水中で油と油がくっつこうとする疎水性相互作用で、細胞膜の基本構造である2分子膜を作った






藤田誠・東京大学教授の成果
国武豊喜・久大名誉教授の作った現象を、金属と有機分子が弱い結合で起きることを証明した。

1990年、正方形の、高分子を作った
  • 直角の手を持った金属パラジウウを正方形の4つの角に使えないかと考え、直線状の有機分子と混ぜてみた。
  • すると、すべてが正方形の分子を作っていた。詳しく調べると、金属と有機分子の間で起きる配位結合が、高分子を特定の構造に落ち着かせることが分かった。


1994年、高分子で知恵の輪を作った

1995年、正八面体のカプセル状の高分子を作った

2006年、おわん形の高分子を開発した






金属イオンと有機化合物
「2010年、東京大学の藤田誠教授らは、金属イオンと有機化合物の合計72個をフラスコの中で混ぜ合わせるだけで、直径6〜7ナノbの微細な粒子を作ることに成功した。

「自己組織化」と呼ばれる現象を利用した。

自然界でウイルスが殻を作るメマニズムの解明につながる。
研究は科学技術振興機構などの支援を受けた
成果はサイエンス(電子版)に発表。

研究グループは、パラジウムイオンと、わずかに弯曲した2種類の有機化合物をフラスコに入れ、有機溶媒の中で熱を加えながら混ぜ合わせた。
自己組織化と呼ばれる現象によって24個のパラジウムイオンと48個の有機化合物が集まった粒子が自然にできた。







自己組織化
生物の細胞膜はリン脂質の分子が二重に並んだ構造をしている。

生物の体内ではリン脂質が自発的に並んで膜構造を形作る
(自己組織化)。



生物学者らは、生物が作った分子でしか自己組織化は起きないと考えられていた。


生命現象も分子レベルでは物理化学の原理に支配されていると考え、その原理を抽出すれば、より単純な分子でも膜が作れると考え、脂質二重膜を初めて人工合成したのは、国武豊喜・九州大学教授だった。

細胞膜の脂質が持つ二股の構造がカギだった。





生物の体も自己組織化
たくさんの分子同士がひとりでに結合し、網目状やカプセル状に特定構造の新材料ができあがる。こんな不思議な「自己組織化」と呼ばれるナノテクノロジーが注目されている。

東京大学の藤田誠教授らは直径7ナノbの人工カプセルの中にタンパク質を閉じこめる自己組織化技術に成功した。


カプセルは棒状の有機化合物24個と金属イオン12個が規則的に組み合わさっている。
従来技術ではこれだけ複雑な構造を作るのは難しい。が、自己組織化なら、いわば勝手にできあがる。
藤田教授によると、従来の化学合成はジグゾーパズルでピースを1個ずつ手ではめ込んで行くのに相当する。ピースが膨大だと困難だ。



自己組織化はピースの山をゆすっていると、うまく合うピース同士が順々にくっつき、次第にパズルが完成していく。

それには分子同士が“強すぎもせず弱すぎもしない力で引き合うことが重要”(藤田教授)

強すぎると相性がよくないピースが出会い頭で結合してしまう。有機化合物と金属イオンの「配位結合」というくっつき方がよいそうだ。


自己組織化にはDNAの塩基分子が対になる性質を利用した「DNA折り紙」という技術もある。単純で簡単そうに見えるが、単に原料を混ぜても起きない。原料を何に溶かすか?、分子の微妙な形状など適切な条件を見つけるまで苦労するという。

実は、タンパク質が生体の様々な構造を作るのは自己組織化のおかげ。




基盤上に素子を自然に整列させる
  • (自己組織化実装技術)
  • サイズが数_以上の物体は動かすとき重力が大きく働く。
  • 物体が液体と接する場合は、重力より表面張力の影響が強くなる








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