分子素子への応用
ここで紹介した光合成タンパク質は一つの小さなタンパク質で独立した機能を持っているためにこれらを直接素子にしてしまうという発想ですが、このような発想を進展させて分子一個レベルで機能をもたせようという研究も盛んにはじまっています。これらを総称して分子素子と呼んでいます。
分子素子の応用分野は、情報変換、エネルギー、センサーなどで、インテリジェントマテリアルといわれたりもしています。その一例として、ここで分子素子の電子デバイスへの利用について少し述べます。
分子素子を電子デバイスに応用するのは、従来、金属や半導体がバルクでの電子伝導を実現していたのにたいし、さらにその一桁か二桁小さな分子での機能発現を狙ったものです。このため、従来の半導体よりも小さなスケールで素子の構築が可能であることが期待されます。
分子はごく微少であるために我々が直接ハンドリングするわけにはいきません。このことから、生物の世界で見られる分子自身が自分および相手の分子とペアになって構造を形成し機能を発現するようなことがモデルとなり生体模倣化学といわれる分野も形成されています。
これらのうち超分子集合体といわれるものは非共有結合で結合（集合）した分子でそれらの機能化が検討されています。もちろん、このような研究には大きな障害がいくつもあって、たとえば、配列の制御、分子レベルへのアクセス、安定性が検討課題です。 ハンドリングテクニックとしてはラングミュアーブロジェット法や自己組織化単分子膜(self-assembled membrane)やイオン交互積層法が開発されています。最近AFMを用いたハンドリングが原子レベルでのハンドリングを可能にしているために盛んに研究されています。
分子素子の基本コンポーネント（工事中）
ポルフィリン
フタロシアニン
たまたま目についた分子素子の例（あまりに多いのでたまたま机の上にあってHTMLを打ち込めるときだけかいてます）
大阪大学産業科学研究所の坂田先生らのグループによって効率的な電荷分離と電流の取り出しが報告されています。ポルフィリンとC60を共有結合で結合したもの。
1. Imahori H, Hagiwara K, Aoki M, et al. Linkage and Solvent Dependence of Photoinduced Electron Transfer in Zincporphyrin-C60 Dyads. J. Am. Chem. Soc. 1996;118:11771-11782.
de
Silvaらはアントラセンとベンゾクラウンとモルホリンを共有結合してナトリウムイオンとプロトンの両方存在したときのみ蛍光が大きくでる化合物を合成した。両方ともなし、ナトリウムイオンのみ、のときではモルホリンの窒素がアントラセンの蛍光クエンチャーとして働くが、プロトンのみのときでは蛍光はベンゼン環でクエンチされる。ショートですが有機化合物を用いたイオンセンサーのリファレンスが豊富。
de Silva AP, Gunarantne HQN, MacCoy CP. Molecular Photoionic AND Logic Gates with Bright Fluorescence and "Off-ON" Digital Action. J. Am. Chem. Soc. 1997;119:7891-7892.
アミノ酸モノマーをリビング重合した系が開発されました。これにより分子量が限定されたポリペプチド鎖が得られるようになります。生物医学、工学、薬剤デリバリー、選択性の高い分離操作などへの応用が期待されるとD.
A. Tyrrell先生のコメントも掲載されています。
Deming TJ. Facile synthesis of block copolypeptides of defined architechture. Nature 1997;390:386-389.
(1998/01/26追加)
ペプチドを用いた自己複製をGhadiriらが報告しています。アミノ酸シーケンスの一例は
ArCONH-RMKQLEEKVYELLSKVA-CLEXEVARLKKLVGE-CONH2
でテンプレートになるペプチドに小さいペプチドが二本並列にならびそれらの末端で縮合反応がおこるように分子設計されています。この分野ではRebek Jrが強いのかな？
1. Lee DH, Severin K, Yokobayashi Y, Ghadiri MR. Emergence of symbiosis in peptide self-replication through a hypercyclic network. Nature 1997;390:591-594.
web上で読めるM.
Reza Ghadiri先生のショート
(1998/01/26追加)