JP4727287B2 - Molecular control method - Google Patents

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Description

本発明は、分子の立体配座を制御する技術に関し、詳しくは、分子吸着材料を使用した分子制御方法に関する。 The present invention relates to a technique for controlling molecular conformation , and more particularly, to a molecular control method using a molecular adsorption material.

従来より分子を制御する方法が種々検討されている。分子の位置や向きを制御する方法として、非特許文献1には、レーザー光を利用した光ピンセットにより、分子や分子集合(粒子)を操作する方法が開示され、非特許文献2には、走査型マイクロプローブ顕微鏡の端針により、原子や分子を動かす方法が開示されている。
また、非特許文献3には、チオール基を末端に有する分子と金の2次元清浄表面への親和性を利用して、自己組織的に分子を吸着させる技術が記載され、非特許文献4には、電界と相互作用の強い液晶分子を利用した配向制御について記載されている。また、非特許文献5には、レーザー光を用いて基板の特定の位置にのみカーボンナノチューブを合成し、配列させる方法が記載されている。
A.Ashkin, J.M.Dziedzic, J.E.Bjorkholm and S.Chu, Optics Letters 11, 228(1986) D.M.Eigler and E.K.Schweizer, Nature 344, 524(1990) M.D.Porter, T.B.Bright, D.L.Allara and C.E.D. Chidseyi, J.Am.Chem.Soc.109, 3559(1987) Z.Zou and M.Clark, Phys.Rev.lett.75, 1799(1995) P.G.Collins, M.S.Arnold and P.Avouris, Science 292, 706(2001)
Various methods for controlling molecules have been studied. As a method for controlling the position and orientation of molecules, Non-Patent Document 1 discloses a method of manipulating molecules and molecular assemblies (particles) with optical tweezers using laser light, and Non-Patent Document 2 discloses scanning. A method of moving atoms and molecules with an end needle of a scanning microprobe microscope is disclosed.
Non-Patent Document 3 describes a technique for adsorbing molecules in a self-organizing manner by utilizing the affinity of a molecule having a thiol group at the terminal and the two-dimensional clean surface of gold. Describes alignment control using liquid crystal molecules having a strong interaction with an electric field. Non-Patent Document 5 describes a method of synthesizing and arranging carbon nanotubes only at specific positions on a substrate using laser light.
A. Ashkin, JMDziedzic, JEBjorkholm and S. Chu, Optics Letters 11, 228 (1986) DMEigler and EKSchweizer, Nature 344, 524 (1990) MDPorter, TBBright, DLAllara and CED Chidseyi, J. Am. Chem. Soc. 109, 3559 (1987) Z.Zou and M.Clark, Phys.Rev.lett.75, 1799 (1995) PGCollins, MSArnold and P.Avouris, Science 292, 706 (2001)

しかしながら、非特許文献1および2に開示された方法は、1つの分子の位置や向きを制御できるものの、該分子の立体配座を制御することは困難であった。また、これらの方法では、同時に複数の分子を操作することはできず、1分子ずつしか操作できない。よって、例えば、複数の分子の配向状態を揃えようとすると、操作し終わった分子の向きを他の分子の操作が終わるまでの間、保持する必要があるが、そのような保持は実際には難しく、「秩序むら」を抑制することは困難であった。また、対象となる分子の数が増えるほど、その制御はより困難となった。   However, although the methods disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2 can control the position and orientation of one molecule, it is difficult to control the conformation of the molecule. Further, in these methods, a plurality of molecules cannot be manipulated at the same time, and only one molecule can be manipulated. Thus, for example, when trying to align the orientation of a plurality of molecules, it is necessary to maintain the orientation of the molecule that has been manipulated until the manipulation of the other molecule is completed. It was difficult to control “order irregularity”. Also, as the number of molecules of interest increased, the control became more difficult.

また、非特許文献3〜5に記載された技術は、吸着という現象を利用して分子の配列状態を制御するものであるが、いずれも対象となる分子が限定され、種々の分子の配列や配向を制御することはできなかった。   In addition, the techniques described in Non-Patent Documents 3 to 5 use a phenomenon called adsorption to control the arrangement state of molecules, but in any case, the target molecules are limited, and various molecule arrangements and The orientation could not be controlled.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、種々の分子の立体配座や、複数の分子の配列状態を効果的に制御することができる分子制御法と、その際に使用される分子吸着材料および該分子吸着材料の製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, a molecular control method capable of effectively controlling the conformation of various molecules and the arrangement state of a plurality of molecules, and the molecular adsorption used at that time. It is an object of the present invention to provide a material and a method for producing the molecular adsorption material.

本発明の分子制御方法は、分子吸着材料に分子を吸着させた後、前記分子に周波数0.1〜15THzの電磁波を照射しながら、紫外線を照射し、前記分子の立体配座を制御することを特徴とする。
前記分子吸着材料は、孔径1nm以上100nm以下のメソ孔と該メソ孔の孔壁に形成された孔径0.2nm以上1nm未満のマイクロ孔とからなる細孔が、周期的に形成されていることが好ましい。
前記メソ孔の孔径は1nm以上50nm以下であることが好ましい。
また、前記分子吸着材料は、SiO,TiO,ZrO,Nb,Ta,Al,WO,SnO,HfO,SiAlO3.5,SiAlO5.5,AlTiO,ZrTiO,SiTiOからなる群より選ばれる1種から形成されていることが好ましい。
さらに、前記分子吸着材料は、SiO,SiAlO3.5,SiAlO5.5,SiTiOからなる群より選ばれる1種から形成され、全表面官能基中のシラノール基の割合が15〜85%の範囲に制御されていることが好ましい。
In the molecular control method of the present invention, after a molecule is adsorbed on a molecular adsorbing material, the molecule is irradiated with ultraviolet light while irradiating the molecule with an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 to 15 THz to control the conformation of the molecule. It is characterized by.
The molecular adsorbing material has periodically formed pores composed of mesopores having a pore diameter of 1 nm or more and 100 nm or less and micropores having a pore diameter of 0.2 nm or more and less than 1 nm formed on a wall of the mesopores. Is preferred.
The mesopore diameter is preferably 1 nm or more and 50 nm or less.
The molecular adsorbing materials are SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , WO 3 , SnO 2 , HfO 2 , SiAlO 3.5 , SiAlO 5.5. , Al 2 TiO 5 , ZrTiO 4 , and SiTiO 4 are preferably used.
Furthermore, the molecular adsorption material, SiO 2, SiAlO 3.5, SiAlO 5.5, are formed from one selected from the group consisting of SiTiO 4, the proportion of the silanol groups in the entire surface functional group is 15 to 85% It is preferable to be controlled within the range.

本発明によれば、種々の分子の立体配座や、複数の分子の配列状態を効果的に制御することができる。   According to the present invention, the conformation of various molecules and the arrangement state of a plurality of molecules can be effectively controlled.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の分子制御方法は、分子吸着材料に分子を吸着させた後、その分子に周波数0.1〜15THzの電磁波(テラヘルツ波)を照射して、分子の立体配座や、複数の分子の配列状態(配列の仕方や配向の仕方)を制御するものである。
テラヘルツ波は、光と電波の境界領域にある電磁波であって、光のように直進性の性質を持ちながら、電波のようにプラスチック、木、紙などを透過する性質を有する。テラヘルツ波は、このよう特異的な性質を有する電磁波であるものの、光源、分光器、検出器などの開発の難しさから、「未開拓の電磁波周波数領域」と呼ばれていた。ところが最近になり、生体計測として「テラヘルツイメージング分光」が注目されるようになったのを契機とし、薬物などの非破壊検出技術、大気環境計測技術、農作物や食品の検査などへの応用や、無線大容量通信への利用が期待されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the molecular control method of the present invention, a molecule is adsorbed on a molecule adsorbing material, and then the molecule is irradiated with an electromagnetic wave (terahertz wave) having a frequency of 0.1 to 15 THz, and the molecular conformation or the plurality of molecules It controls the arrangement state (how to arrange and how to align).
A terahertz wave is an electromagnetic wave in a boundary region between light and radio waves, and has a property of transmitting plastic, wood, paper, etc. like radio waves while having a straight traveling property like light. Although the terahertz wave is an electromagnetic wave having such a specific property, it has been called “an undeveloped electromagnetic wave frequency region” because of difficulty in developing a light source, a spectroscope, a detector, and the like. However, recently, “Terahertz Imaging Spectroscopy” has been attracting attention as a living body measurement, and it can be applied to non-destructive detection technology such as drugs, atmospheric environment measurement technology, inspection of agricultural products and foods, It is expected to be used for wireless large-capacity communication.

分子にテラヘルツ波を照射することにより、その分子の関与するファンデルワールス力、疎水性結合(疎水力)、静電力、水素結合などの相互作用を操作でき、その結果、各分子の立体配座を任意に制御することができる。さらに、このようなテラヘルツ波の照射を、特に分子吸着材料の表面や細孔に吸着、分散した分子に実施することにより、分子と分子吸着材料との間に各種の相互作用を選択的に付与したり、あるいは、これらの間の相互作用を選択的に除去したりできるため、各分子の立体配座の制御ができる以外に、複数の分子の配列状態を制御することも可能となる。例えば、具体的には実施例で説明するように、アゾベンゼンの立体配座を制御したり、エタノール分子の配列状態を制御したりできる。なお、テラヘルツ波の照射により、分子自体が破壊したり、変性したりする恐れはほとんどない。
対象となる分子としては、特に制限はなく、タンパク質、DNA、抗体、一般の有機化合物などが挙げられる。
By irradiating a molecule with terahertz waves, interactions such as van der Waals force, hydrophobic bond (hydrophobic force), electrostatic force, and hydrogen bond can be manipulated, resulting in the conformation of each molecule. Can be controlled arbitrarily. Furthermore, by applying such terahertz wave irradiation to molecules adsorbed and dispersed on the surface and pores of molecular adsorbent materials, various interactions are selectively imparted between molecules and molecular adsorbent materials. Or the interaction between them can be selectively removed, so that the conformation of each molecule can be controlled, and the arrangement state of a plurality of molecules can be controlled. For example, as specifically described in the examples, the conformation of azobenzene can be controlled, and the arrangement state of ethanol molecules can be controlled. Note that there is almost no risk of the molecule itself being destroyed or denatured by irradiation with terahertz waves.
There is no restriction | limiting in particular as a molecule | numerator used as object, Protein, DNA, an antibody, a general organic compound, etc. are mentioned.

ここで使用される分子吸着材料としては、細孔として、孔径1nm以上100nm以下、好ましくは1nm以上50nm以下のメソ孔と、該メソ孔の孔壁に形成された孔径0.2nm以上1nm未満のマイクロ孔とが周期的に形成されたものが好ましい。このようなものを使用すると、分子を凝集させることなく細孔内に分散させることができ、その結果、効果的に各分子の立体配座や、複数の分子の配列状態を制御することができる。このようにメソ孔とマイクロ孔とが周期的に形成された構造としては、六方晶構造などが挙げられる。   The molecular adsorbing material used here is a mesopore having a pore diameter of 1 nm or more and 100 nm or less, preferably 1 nm or more and 50 nm or less, and a pore diameter of 0.2 nm or more and less than 1 nm formed on the pore wall of the mesopore. What formed the micropore periodically is preferable. When such a material is used, the molecules can be dispersed in the pores without aggregating, and as a result, the conformation of each molecule and the arrangement state of a plurality of molecules can be controlled effectively. . Examples of the structure in which the mesopores and the micropores are periodically formed include a hexagonal crystal structure.

また、分子吸着材料は、テラヘルツ波を透過するものであって、SiO,TiO,ZrO,Nb,Ta,Al,WO,SnO,HfO,SiAlO3.5,SiAlO5.5,AlTiO,ZrTiO,SiTiOからなる群より選ばれる1種から形成されたものが好ましい。
さらに分子吸着材料が、これらの材質のうちSiO,SiAlO3.5,SiAlO5.5,SiTiOからなる群より選ばれる1種から形成され、全表面官能基中のシラノール基の割合が15〜85%の範囲内で調整されることでその疎水性・親水性が制御されていると、分子をその疎水性または親水性の程度に応じて、細孔内に分散させつつ効率よく導入することができる。
The molecular adsorbing material transmits terahertz waves, and includes SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , WO 3 , SnO 2 , HfO 2 , SiAlO 3.5, SiAlO 5.5, Al 2 TiO 5, ZrTiO 4, is preferably formed from one selected from the group consisting of SiTiO 4.
Further, the molecular adsorbing material is formed from one of these materials selected from the group consisting of SiO 2 , SiAlO 3.5 , SiAlO 5.5 and SiTiO 4, and the ratio of silanol groups in the whole surface functional groups is 15 When the hydrophobicity / hydrophilicity is controlled by adjusting within a range of ˜85%, the molecules are efficiently introduced while being dispersed in the pores according to the degree of hydrophobicity or hydrophilicity. be able to.

このような分子吸着材料を製造する方法としては、テンプレート剤(鋳型剤)を使用する方法が好適である。
テンプレート剤としては、自己組織的に周期構造を形成する重合体、例えば、非イオン系の界面活性剤であるポリエチレンオキサイド−ポリプロピレンオキサイド−ポリエチレンオキサイド(以下、EO−PO−EOと記載する。)などのトリブロック共重合体が挙げられる。
As a method for producing such a molecule adsorbing material, a method using a template agent (template agent) is suitable.
As the template agent, a polymer that forms a periodic structure in a self-organized manner, for example, polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide (hereinafter referred to as EO n -PO m -EO n ), which is a nonionic surfactant, is described. And the like).

例えば、テンプレート剤としてEO−PO−EOを使用して、SiO(シリカ)からなる分子吸着材料を製造する場合には、EO−PO−EOを40℃程度の希塩酸溶液に溶解し、その中にシリカの前駆体としてテトラエチルオルトシリケート(TEOS)を投入し、沈殿物を析出させる。ついで、この沈殿物を溶液中において所定温度で所定時間保持した後、ろ過、水洗、風乾を順次実施して、乾燥した沈殿物を得る。その後、これを450℃程度で所定時間焼成することにより、テンプレート剤が除去されるとともに、シリカが得られる。なお、テンプレート剤の除去は、焼成以外の方法で行ってもよく、例えば、溶媒抽出、超臨界流体による洗浄などが例示できる。 For example, using the EO n -PO m -EO n as a template agent, in the production of molecular adsorption material consisting of SiO 2 (silica) is, EO n -PO m -EO n dilute hydrochloric acid solution of about 40 ° C. The Into this, tetraethylorthosilicate (TEOS) is added as a silica precursor, and a precipitate is deposited. Next, after the precipitate is kept in the solution at a predetermined temperature for a predetermined time, filtration, washing with water, and air drying are sequentially performed to obtain a dried precipitate. Thereafter, this is baked at about 450 ° C. for a predetermined time, whereby the template agent is removed and silica is obtained. The removal of the template agent may be performed by a method other than calcination, and examples thereof include solvent extraction and cleaning with a supercritical fluid.

テンプレート剤を用いることにより、分子吸着材料の細孔構造を制御することができる。具体的には、テンプレート剤の分子サイズや、その親水性・疎水性を変化させることにより、メソ孔を孔径1〜100nmの範囲で任意に制御することが可能となる。そのため、分子吸着材料に吸着させる分子の種類に応じて、メソ孔の孔径を制御することにより、種々の分子を吸着することができる。例えば、ベンゼンなどの低分子量の分子の場合には、メソ孔の孔径を1nm程度とすることが重要であり、タンパク質などの高分子量の分子の場合には、メソ孔の孔径を50〜100nm程度とすることが重要である。また、孔径が100nm以下の細孔については、可視光による散乱の影響が無視できるので、メソ孔を孔径1〜100nmの範囲に制御することにより、分子吸着材料の取扱い上の制限も少なくすることができる。   By using the template agent, the pore structure of the molecular adsorption material can be controlled. Specifically, by changing the molecular size of the template agent and its hydrophilicity / hydrophobicity, the mesopores can be arbitrarily controlled in the pore diameter range of 1 to 100 nm. Therefore, various molecules can be adsorbed by controlling the pore diameter of the mesopores according to the type of molecules adsorbed on the molecule adsorbing material. For example, in the case of a low molecular weight molecule such as benzene, it is important that the mesopore diameter is about 1 nm, and in the case of a high molecular weight molecule such as a protein, the mesopore diameter is about 50 to 100 nm. Is important. In addition, for pores with a pore diameter of 100 nm or less, the influence of scattering by visible light can be ignored. Therefore, by controlling the mesopores within the pore diameter range of 1 to 100 nm, the restriction on the handling of the molecular adsorption material should be reduced. Can do.

また、分子吸着材料の全表面官能基中のシラノール基の割合を15〜85%の範囲内で調整する方法としては、例えば、テンプレート剤を除去する際の焼成温度を調整する方法が挙げられる。焼成温度が500℃以下であると、得られた分子吸着材料における全表面官能基中のシラノール基の割合を高くでき、約85%程度とすることができる。一方、焼成温度を高くするにしたがって、シラノール基は脱水効果により除去され、約900℃では約15%程度まで減少する。その他には、シランカップリング剤を使用することでも、シラノール基の割合を調整できる。シランカップリング剤は、一般に、R−Si−X(Xはメトキシ基(−OCH)などのアルコキシ基である。)の化学式で示されるものであって、これを分子吸着材料のシラノール基(Si−OH)と反応させることにより、このシラノール基を(Si−OR)基に置換することができる。その結果、全表面官能基中のシラノール基の割合を調整できる。置換の度合いは、シランカップリング剤の濃度、反応時間、反応温度に応じて変化するため、これらの条件を適宜設定することにより、シラノール基を所望の割合に調整できる。 Moreover, as a method of adjusting the ratio of the silanol group in all the surface functional groups of a molecule | numerator adsorption material within the range of 15 to 85%, the method of adjusting the calcination temperature at the time of removing a template agent is mentioned, for example. When the firing temperature is 500 ° C. or lower, the ratio of silanol groups in all surface functional groups in the obtained molecular adsorbent material can be increased, and can be about 85%. On the other hand, as the firing temperature is increased, silanol groups are removed due to the dehydration effect and decrease to about 15% at about 900 ° C. In addition, the silanol group ratio can be adjusted by using a silane coupling agent. The silane coupling agent is generally represented by a chemical formula of R—Si—X 3 (X is an alkoxy group such as methoxy group (—OCH 3 )), which is a silanol group of the molecular adsorption material. By reacting with (Si—OH), this silanol group can be replaced with a (Si—OR) group. As a result, the ratio of silanol groups in all surface functional groups can be adjusted. Since the degree of substitution varies depending on the concentration of the silane coupling agent, the reaction time, and the reaction temperature, the silanol groups can be adjusted to a desired ratio by appropriately setting these conditions.

以上説明したように、テラヘルツ波の照射を、特に分子吸着材料の表面や細孔に吸着、分散した分子に実施することにより、分子の立体配座や、複数の分子の配列状態を効果的に制御することが可能となる。   As described above, terahertz wave irradiation is performed on molecules adsorbed and dispersed on the surface and pores of molecular adsorbent materials in particular, so that the molecular conformation and the arrangement state of multiple molecules can be effectively achieved. It becomes possible to control.

以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。
[実施例1]
<分子吸着材料の製造>
テンプレート剤として、トリブロック共重合体からなる非イオン系の界面活性剤であるEO20−PO70−EO20を使用し、以下のようにしてシリカからなる分子吸着材料を製造した。
まず、濃度36%の塩酸19.50mlを125mlの水で希釈した希塩酸溶液に、EO20−PO70−EO20を3.95g投入し、40℃で溶解させた。ついで、この溶液を撹拌しつつ、この中に、シリカの前駆体としてTEOSを8.335g投入した。ついで、析出した沈殿物および溶液を80℃で1日保持し、その後、ろ過、水洗、風乾(室温)を順次実施して、乾燥物を得た。
ついで、この乾燥物を穏やかな条件で焼成した。具体的には、450℃まで8時間かけて昇温した後、450℃で6時間保持し、450℃から100℃まで8時間かけて冷却した。その後、自然冷却により室温に戻した。
このようにして多孔質シリカからなる分子吸着材料が得られた。
この多孔質シリカは六方晶であり、孔径が5.5nmの均一なメソ孔と、このメソ孔の孔壁に形成された孔径0.7nmの均一なマイクロ孔とが周期的に形成されたものであった。また、全表面官能基中のシラノール基の割合は80〜85%に制御されていた。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
[Example 1]
<Manufacture of molecular adsorption materials>
As a template agent, EO 20 -PO 70 -EO 20 which is a nonionic surfactant made of a triblock copolymer was used, and a molecular adsorption material made of silica was produced as follows.
First, 3.95 g of EO 20 -PO 70 -EO 20 was added to a diluted hydrochloric acid solution obtained by diluting 19.50 ml of hydrochloric acid having a concentration of 36% with 125 ml of water, and dissolved at 40 ° C. Next, while stirring the solution, 8.335 g of TEOS as a precursor of silica was added thereto. Next, the deposited precipitate and solution were kept at 80 ° C. for 1 day, and then filtered, washed with water, and air-dried (room temperature) in that order to obtain a dried product.
Subsequently, this dried product was calcined under mild conditions. Specifically, the temperature was raised to 450 ° C. over 8 hours, held at 450 ° C. for 6 hours, and cooled from 450 ° C. to 100 ° C. over 8 hours. Then, it returned to room temperature by natural cooling.
In this way, a molecular adsorption material made of porous silica was obtained.
This porous silica is a hexagonal crystal, in which uniform mesopores having a pore diameter of 5.5 nm and periodic micropores having a pore diameter of 0.7 nm formed in the wall of the mesopore are periodically formed. Met. Moreover, the ratio of the silanol group in all the surface functional groups was controlled to 80 to 85%.

<アゾベンゼン分子の立体配座の制御>
ついで、得られた分子吸着材料に、アゾベンゼンを含む溶液を滴下し、大気中(室温)で乾燥させ、アゾベンゼン分子を吸着させた。
なお、アゾベンゼンは、分子吸着材料の細孔中においては、ベンゼン環のπ電子と分子吸着材料の表面に存在するシラノール基との水素結合により物理吸着している。また、アゾベンゼンには、シス体とトランス体の2種類の異性体がある。通常はトランス体が安定であるが、紫外線の照射によりシス体に光異性化を起こし、光異性化したシス体は可視光の照射によりトランス体に戻ることが知られている。
<Conformational control of azobenzene molecule>
Next, a solution containing azobenzene was dropped onto the obtained molecular adsorbing material, and dried in the atmosphere (room temperature) to adsorb azobenzene molecules.
In the pores of the molecular adsorption material, azobenzene is physically adsorbed by hydrogen bonds between π electrons of the benzene ring and silanol groups present on the surface of the molecular adsorption material. Azobenzene has two isomers, a cis isomer and a trans isomer. Usually, the trans isomer is stable, but it is known that the cis isomer undergoes photoisomerization by irradiation with ultraviolet light, and the photoisomerized cis isomer returns to the trans isomer by irradiation with visible light.

このようにアゾベンゼン分子を吸着した分子吸着材料に、2.5THzの電磁波を照射しながら、紫外線を十分な時間照射し、シス体への光異性化を行った。その後、2.5THzの電磁波を遮断し、続いて紫外線の照射も遮断した。その後、可視光を照射して、シス体からトランス体への光異性化の様子を可視吸収分光法により測定した。その結果、シス体からトランス体への光異性化はほとんど起こっておらず、立体配座がシス体に制御されていることわかった。   The molecular adsorbent material that adsorbed azobenzene molecules in this manner was irradiated with ultraviolet rays for a sufficient time while irradiating 2.5 THz electromagnetic waves, and photoisomerized into cis form. Thereafter, the 2.5 THz electromagnetic wave was cut off, and the ultraviolet irradiation was also cut off. Then, visible light was irradiated, and the state of photoisomerization from the cis form to the trans form was measured by visible absorption spectroscopy. As a result, almost no photoisomerization from the cis form to the trans form occurred, and it was found that the conformation was controlled by the cis form.

このような立体配座の制御は、以下のように説明できる。
すなわち、図1(a)に示すように、まず、アゾベンゼン分子1は、安定なトランス体で分子吸着材料2の細孔3に吸着される。すると、アゾベンゼン分子1と分子吸着材料2との間には、水素結合(図中破線で示す。)が形成される。ついで、これに2.5THzの電磁波照射を実施すると、図1(b)に示すように、トランス体のアゾベンゼン分子1と分子吸着材料2との間の水素結合が切断され、トランス体のアゾベンゼン分子1は電磁波照射前と比較して、細孔3内で自由に動くことができるようになる。続いて紫外線を照射すると、図1(c)に示すように、トランス体のアゾベンゼン分子1はシス体のアゾベンゼン分子1’へと光異性化する。その後、紫外線の照射中に電磁波を遮断することにより、図1(d)に示すように、シス体のアゾベンゼン分子1’と分子吸着材料2との水素結合が再形成される。この水素結合の再形成により、その後可視光が照射されても、シス体のアゾベンゼン分子1’はトランス体へと光異性化せず、図1(e)に示すように、立体配座をシス体に保つことができる。
以上のように、本実施例の方法によれば、分子の立体配座を制御できることが明らかとなった。
Such conformational control can be explained as follows.
That is, as shown in FIG. 1A, first, the azobenzene molecule 1 is adsorbed on the pores 3 of the molecular adsorbing material 2 in a stable trans form. Then, hydrogen bonds (shown by broken lines in the figure) are formed between the azobenzene molecules 1 and the molecular adsorbing material 2. Next, when 2.5 THz electromagnetic wave irradiation is performed on this, as shown in FIG. 1B, the hydrogen bond between the trans azobenzene molecule 1 and the molecule adsorbing material 2 is broken, and the trans azobenzene molecule 1 can move freely in the pores 3 as compared to before electromagnetic wave irradiation. Subsequently, as shown in FIG. 1C, the trans azobenzene molecule 1 is photoisomerized into a cis azobenzene molecule 1 ′ as shown in FIG. 1 (c). Thereafter, by blocking the electromagnetic wave during the irradiation of ultraviolet rays, as shown in FIG. 1 (d), the hydrogen bond between the cis azobenzene molecule 1 ′ and the molecular adsorbing material 2 is re-formed. Due to this hydrogen bond re-formation, even when visible light is irradiated thereafter, the cis azobenzene molecule 1 ′ is not photoisomerized to the trans isomer, and the conformation is cis as shown in FIG. Can be kept in the body.
As described above, according to the method of this example, it has been clarified that the molecular conformation can be controlled.

[実施例2(参考例)
<エタノール分子の配列状態の制御>
実施例1で得られた分子吸着材料に、エタノールを滴下してエタノール分子を吸着させた。
ついで、このようにエタノールを吸着した分子吸着材料に、2THzの電磁波を照射し、赤外吸収スペクトルにより、エタノールの構造変化を観測した。その結果、電磁波照射前にはランダムに配置していた各エタノール分子が、電磁波照射後には高秩序な分子配列状態となっていることがわかった。
[Example 2 (reference example) ]
<Control of the alignment state of ethanol molecules>
Ethanol was dropped on the molecular adsorbing material obtained in Example 1 to adsorb ethanol molecules.
Subsequently, the molecular adsorbent material adsorbing ethanol in this way was irradiated with 2 THz electromagnetic waves, and the structural change of ethanol was observed by an infrared absorption spectrum. As a result, it was found that the ethanol molecules randomly arranged before the electromagnetic wave irradiation were in a highly ordered molecular arrangement after the electromagnetic wave irradiation.

このような分子の配列状態の制御は、以下のように説明できる。
エタノール分子は、多孔質カーボン材料のような疎水的表面を有する細孔の中では、分子間水素結合により非常に規則正しい擬結晶構造を有することが知られている(T.Ohkubo, T.Iiyama, K.Nishikawa, T.Suzuki and K Kaneko, J.Phys.Chem.B 103, 1859(1999))。
しかし、図2(a)に示すように、表面にシラノール基のような水素結合を形成する官能基を有する分子吸着材料2の細孔3内では、このような分子間水素結合だけでなく、エタノール分子4とシラノール基との水素結合も作用するため、上述のような規則正しい擬結晶構造は形成されにくく、エタノール分子4はランダムに配置している。そこで、2THzの電磁波を照射すると、図2(b)に示すように、エタノール分子4とシラノール基との水素結合のみが選択的に切断される。これにより、図2(c)に示すように、各エタノール分子4には分子間水素結合のみが作用し、シリカのようにシラノール基を表面に有する分子吸着材料2の細孔3内においても、多孔質カーボン材料の細孔内の場合と同様に、各エタノール分子4を高秩序な分子配列状態に制御することができる。
以上のように、本実施例の方法によれば、分子の配列状態を制御できることが明らかとなった。
Such control of the arrangement state of molecules can be explained as follows.
Ethanol molecules are known to have a very regular pseudocrystalline structure due to intermolecular hydrogen bonding in pores having a hydrophobic surface such as a porous carbon material (T. Ohkubo, T. Iiyama, K. Nishikawa, T. Suzuki and K Kaneko, J. Phys. Chem. B 103, 1859 (1999)).
However, as shown in FIG. 2A, in the pores 3 of the molecular adsorption material 2 having functional groups that form hydrogen bonds such as silanol groups on the surface, not only such intermolecular hydrogen bonds, Since the hydrogen bond between the ethanol molecule 4 and the silanol group also acts, the regular pseudo-crystal structure as described above is hardly formed, and the ethanol molecules 4 are randomly arranged. Therefore, when an electromagnetic wave of 2 THz is irradiated, only the hydrogen bond between the ethanol molecule 4 and the silanol group is selectively cut as shown in FIG. Thereby, as shown in FIG. 2 (c), only the intermolecular hydrogen bond acts on each ethanol molecule 4, and even in the pore 3 of the molecular adsorbing material 2 having a silanol group on the surface like silica, As in the case of the pores of the porous carbon material, each ethanol molecule 4 can be controlled to a highly ordered molecular arrangement state.
As described above, according to the method of this example, it has been clarified that the molecular arrangement state can be controlled.

実施例1を模式的に説明する説明図であって、分子吸着材料については、細孔の長さ方向に対して垂直の断面を示している。It is explanatory drawing which illustrates Example 1 typically, Comprising: About the molecular adsorption material, the cross section perpendicular | vertical with respect to the length direction of a pore is shown. 実施例2を模式的に説明する説明図であって、分子吸着材料については、細孔の長さ方向に沿った断面を示している。It is explanatory drawing which illustrates Example 2 typically, Comprising: About the molecular adsorption material, the cross section along the length direction of a pore is shown.

符号の説明Explanation of symbols

2 分子吸着材料
3 細孔
2 Molecular adsorption material 3 Pore

Claims (5)

分子吸着材料に分子を吸着させた後、前記分子に周波数0.1〜15THzの電磁波を照射しながら、紫外線を照射し、前記分子の立体配座を制御することを特徴とする分子制御法。 A molecular control method comprising: adsorbing a molecule to a molecule adsorbing material, and then irradiating the molecule with ultraviolet rays while irradiating the molecule with an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 to 15 THz to control the conformation of the molecule. 前記分子吸着材料は、孔径1nm以上100nm以下のメソ孔と該メソ孔の孔壁に形成された孔径0.2nm以上1nm未満のマイクロ孔とからなる細孔が、周期的に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の分子制御法。 The molecular adsorbing material has periodically formed pores composed of mesopores having a pore diameter of 1 nm or more and 100 nm or less and micropores having a pore diameter of 0.2 nm or more and less than 1 nm formed on a wall of the mesopores. The molecular control method according to claim 1. 前記メソ孔の孔径が1nm以上50nm以下であることを特徴とする請求項2に記載の分子制御法。 The molecular control method according to claim 2, wherein the mesopore has a pore diameter of 1 nm or more and 50 nm or less . 前記分子吸着材料は、SiO,TiO,ZrO,Nb,Ta,Al,WO,SnO,HfO,SiAlO3.5,SiAlO5.5,AlTiO,ZrTiO,SiTiOからなる群より選ばれる1種から形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の分子制御法。 Wherein the molecular adsorption material, SiO 2, TiO 2, ZrO 2, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, Al 2 O 3, WO 3, SnO 2, HfO 2, SiAlO 3.5, SiAlO 5.5, Al 4. The molecular control method according to claim 1, wherein the molecular control method is formed from one selected from the group consisting of 2 TiO 5 , ZrTiO 4 , and SiTiO 4 . 前記分子吸着材料は、SiO,SiAlO3.5,SiAlO5.5,SiTiOからなる群より選ばれる1種から形成され、全表面官能基中のシラノール基の割合が15〜85%の範囲に制御されたことを特徴とする請求項4に記載の分子制御法。 The molecular adsorbing material is formed from one selected from the group consisting of SiO 2 , SiAlO 3.5 , SiAlO 5.5 and SiTiO 4, and the ratio of silanol groups in the whole surface functional groups is in the range of 15 to 85%. The molecular control method according to claim 4, wherein the molecular control method is controlled as follows .
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