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金沢大学融合研究域融合科学系の堀優太准教授は、千葉大学、キール大学、静岡大学、立命館大学の共同研究チームの一員として、自然界のDNA やタンパク質に見られる「らせん構造」に着想を得て、時間の経過とともに自律的に構造を成熟させる新しいクロロフィル由来の超分子ポリマーを開発しました。
本材料は、形成直後に構造が固定されることが多い従来の合成材料とは異なります。クロロフィル誘導体が水素結合により環状に集合した「ロゼット」が積み重なることで、まず非らせん状の繊維を形成します。その後、数日かけて段階的に構造が変化し、ピッチの異なる3 種類のらせん構造（HF1：26 nm、HF2：13 nm、HF3：8 nm）へと自発的に移行する特徴的な動的挙動が確認されました。
この構造変化は、ポリマーが一度分解して再集合するのではなく、超分子ポリマー内の一部で生じた構造変化が隣接する領域へと連鎖的に伝わる「協働的」な再組織化によって進行することが、原子間力顕微鏡（AFM）や中性子小角散乱を用いた解析によって明らかになりました。さらに、AFM 観察では、右巻きのらせん構造が確認される一方、円二色性スペクトルによる光学解析では、左巻きに相当する信号が得られました。この一見矛盾する結果について、ロゼットは単に回転しながら積み重なるのでなく、横方向の「ずれ」を伴って積層する「クリーパー・ヘリックス」構造をとることが示され、この構造的な「ずれ」がエキシトン結合の符号反転を引き起こす要因であることが、エキシトン理論に基づく計算シミュレーションによって説明されました。
本研究で示された、複数のエネルギー状態を段階的に経由させる分子設計の考え方は、時間の経過に応じて光学的・電気的特性をプログラム通りに変化させる、高度な適応型材料の開発に向けた、新たな可能性を示すものです。堀准教授は、本研究において、特に理論計算による局所構造探索や光学解析に貢献しました。
本研究成果は、2026 年4 月20 日付で国際学術誌『The Journal of the American Chemical Society』のオンライン版に掲載されました。
Figure: Time‐Evolving Helicity in Chlorophyll‐Based Polymers
The figure shows how the material evolves from nonhelical fibers into progressively tighter helices over several days. This stepwise transformation demonstrates dynamic helicity in synthetic systems, where structure develops gradually rather than forming instantly.
🄫Professor Shiki Yagai from Chiba University, Japan
ジャーナル名：The Journal of the American Chemical Society
研究者情報：堀 優太
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