大阪府立大学(学長：辻 洋)理学系研究科/LAC-SYS研究所のチーム(山本靖之 大学院生、飯田琢也 所長、床波志保 副所長ら)は、京都大学(総長：山極 壽一)理学研究科化学専攻のチーム(依光英樹 教授ら)との共同研究により、有機溶媒中での局所的なレーザー加熱を利用した有機分子の多結晶化法(光誘導型溶媒熱集合法)を世界に先駆けて開拓し、顕著な偏光異方性を持つ数十ミクロン程度のマクロなサイズ(細胞と同程度の大きさ)の花びら状の有機多結晶の大量生成に成功しました。様々な有機分子の集合構造および多結晶の生産につながる成果であり、ナノエレクトロニクス、ナノフォトニクス、生体模倣型光技術など光・量子技術の多種多様な分野での次世代の材料開発の革新的手段を提供し得る成果と言えます。[本研究は主にJST先導的物質変換領域(ACT-C)などの支援を受けて行われました。]
本研究のポイント
- 有機溶媒を光発熱効果で沸騰させて有機分子の集合化を促進する「光誘導型溶媒熱集合法」を開発し、数秒～数分のレーザー照射でポルフィリン系分子を放射状に集積化して顕著な偏光依存性を示すマクロな多結晶生成に成功しました。
- 金ナノ薄膜へのレーザー照射による有機溶媒の急速沸騰で発生した気泡を光誘起対流のストッパーとし、1 ｎｍ(ｎｍは100万分の1ｍｍ)程度のサイズの分子を光誘起対流で輸送・集積して細胞と同程度の数十 μｍ（μｍは1000分の１ｍｍ）に迫る大きさの多結晶を多数生成できることが分かりました。
- 開発した手法は、様々な有機分子の大規模配列や多結晶化に利用でき、次世代の光学素子や電子素子の材料となる異方性を有する多様な材料開発に貢献するものです。
１．研究の背景
ポルフィリンは、植物の光合成アンテナや血液中のヘモグロビンなどにも含まれ、生体機能維持で必要不可欠な分子です。近年の有機化学の進歩により、ポルフィリン二量体や、長さを制御可能なポルフィリンポリマーやテープなど様々な構造体の合成が可能となり、分子エレクトロニクスの構成要素や光学材料としても優れた物性を示し、実用レベルに到達しているものもあります。ポルフィリン系分子集合体の形態を制御して、ナノ粒子、ナノシート、ナノロッドなどのナノスケール構造の作製も試みられていますが、高度な機能デザインは未だに挑戦的な課題です。一方で、ポルフィリン系分子の集合体の成長を「光」などの外場で制御できれば、これまでに無い新しい分子集積構造体の創造につながり、応用範囲の拡大につながると期待されます。このような背景から、光照射に基づく新しい溶媒熱合成法（解説１）の開拓を目指しました。
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