力により円偏光蛍光をon/offスイッチする超分子メカノフォアーゲルの膨潤を利用した1分子レベル評価法の確立ー

2026-07-28 東京科学大学

東京科学大学と東京農工大学の共同研究グループは、力(機械刺激)によって円偏光発光(CPL)を1分子レベルで可逆的にオン・オフ制御できる超分子メカノフォアを開発した。研究成果はAngewandte Chemie International Editionに掲載された。研究では、CPLを発するヘリセンと消光団を組み込んだロタキサン型超分子メカノフォアを設計し、ダブルネットワーク(DN)ゲルの架橋点へ導入した。ゲルが十分に膨潤していない状態ではヘリセンと消光団が近接してCPLは消光されるが、ゲルが等方的に膨潤するとロタキサンに力が加わり、両者が離れることでCPLが発現した。このオン・オフ動作は溶媒を切り替えることで繰り返し制御できることを実証した。また、ゲルの膨潤を利用することで、試料配向の影響を受けずに単一分子由来のCPLを正確に評価できる新しい測定法も確立した。本成果は、材料内部の応力やひずみの高感度可視化に加え、3Dディスプレイ、偽造防止技術、バイオセンシング、光情報処理、暗号材料などへの応用や、新たな光機能性メカノフォアの開発につながることが期待される。

力により円偏光蛍光をon/offスイッチする超分子メカノフォアーゲルの膨潤を利用した1分子レベル評価法の確立ー
図1. 本研究で開発したロタキサン型超分子メカノフォアの分子構造。

<関連情報>

ロタキサン構造を用いた円偏光発光の力誘起制御 Force-Induced Control of Circularly Polarized Luminescence With Rotaxane Architecture

Keigo Nonaka, Takumi Kuroda, Kota Masuda, Toshiki Nishitani, Masaki Enokido, Makoto Tsurui, Yuichi Kitagawa, Yasuchika Hasegawa, Keiichi Noguchi, Koji Nakano, Yoshimitsu Sagara
Angewandte Chemie International Edition  Published: 24 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.9590374

ABSTRACT

The reversible molecular motions of mechanically interlocked molecules (MIMs) have played a crucial role in realizing stimuli-responsive functions. While the reversible switching of circularly polarized luminescence (CPL) properties has been achieved using MIMs through pH change and/or addition of chemicals, the mechanically controlled CPL utilizing the interlocked architecture has not yet been demonstrated. Here, we introduce a rotaxane-based mechanophore designed for force-induced CPL on/off switching. The mechanophore consists of a ring featuring a CPL-active helicene luminophore and an axle with a matching quencher. The rotaxane mechanophores covalently introduced at the cross-linking points of a double-network (DN) gel are reversibly activated and deactivated in response to changes in applied force transduced through the polymer chains during the macroscopic swelling and shrinking of the DN gel. The isotropic swelling of the DN gel effectively suppresses artifacts arising from macroscopic sample orientation, enabling accurate detection of reciprocal CPL derived from a single chiral emitter. This work establishes the first example of mechanical control of CPL at the single-molecule level and provides a robust measurement methodology for force-induced CPL switching in soft materials.

0504高分子製品
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