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金沢大学理工研究域物質化学系の淺川雅教授、ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）の柴田幹大教授、京都大学大学院工学研究科の生越友樹教授（兼 金沢大学ナノ生命科学研究所 特任教授）、大学院生命科学研究科の炭竈享司特定講師（兼 金沢大学ナノ生命科学研究所研究協力員）らの共同研究グループは、基板上に集まった環状分子が協力して他のゲスト分子を捕まえる様子を単分子レベルで可視化することに成功しました。
本研究では、微小な孔を持つ環状分子を基板上に高密度に並べ、その孔に別のゲスト分子が取り込まれて形成されるホスト–ゲスト錯体（※1）を、原子間力顕微鏡（AFM）（※2）を用いて直接観察しました。その結果、単独の分子では見られない現象として、ある環状分子がゲスト分子を取り込むと、その影響が周囲の環状分子に伝わり、ゲスト分子の取り込みが起こりやすくなる“協同的な挙動”が生じることを明らかにしました。さらに、計算科学的手法を用いることで、この“協同的な挙動”がどのような分子構造の変化に由来するのかを解明しました。加えて、ゲスト分子の取り込みと放出に伴う可逆的で動的な構造変化を、単一分子レベルで可視化することにも成功しました。
本研究成果は、「超分子化学」と「AFM による高分解能観察と高速動態観察」、および「計算科学」といった異なる分野・手法の連携によって得られたものであり、環状分子が高密度に集積することで初めて現れる“協同的な挙動”を明らかにしたものです。機能性分子が可逆的に結合・解離する現象は、生体内を含むさまざまな分子システムで利用される基本的な仕組みであり、本研究はその基本原理を単一分子レベルで可視化した点に大きな意義があります。これらの知見は、将来的に環状分子を用いた化学センサの高感度化や貯蔵材料の高機能化・高性能化への応用へつながるとともに、安全・安心な社会の実現やエネルギー・環境問題の解決への貢献が期待されます。
本研究成果は、2026 年5 月20 日4 時（米国東部時間）に米国化学会誌『Journal of the American Chemical Society』のオンライン版（オープンアクセス）に掲載されました。「金沢大学2026年度オープンアクセス推進のためのAPC支援事業」によりOpen Accessとなっています。
図：基板表面に高密度集積された環状ホスト分子が“協同作業”でゲスト分子を捕まえる様子のAFMによる単一分子レベル観察
【用語解説】
※1 ホスト–ゲスト錯体
孔や空間をもつ「ホスト分子」が、形や性質の合う「ゲスト分子」を取り込んでできる分子の会合体です。鍵と鍵穴のように、分子同士がぴったり合うことで、選択的な認識や捕捉が起こります。
※2 原子間力顕微鏡（AFM）
原子レベルで尖った“針”を使って材料表面のわずかな構造変化を観察する顕微鏡。原子を観察できる周波数変調AFMや分子の動的挙動を可視化できる高速AFMなど特徴をもったAFM技術を金沢大学で開発している。
ジャーナル名：Journal of the American Chemical Society
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