自律的に折り畳まれる自己伸縮性単分子膜を開発 ―圧縮で壊れず、しわ形成により応力に適応する新しい界面分子膜―

2026-09-10 東京大学

東京大学、山形大学、理化学研究所などの研究グループは、層状に自己秩序化する新しい両親媒性分子「HP-BTBT-C10」を開発し、圧縮に対して自律的に折り畳む単分子膜を実現した。水面上の膜を横方向から圧縮すると、通常の両親媒性単分子膜のように不可逆的に崩壊するのではなく、しわ状の多層構造へ自律的に折り畳まれることで応力を逃がすことを発見した。電子顕微鏡トモグラフィーなどから、最大16層程度の分子層が積み重なった折り畳み構造を確認し、圧縮を緩和すると再び単分子膜へ戻る可逆性も示した。π電子骨格とアルキル鎖による層状秩序化に加え、水酸基による水素結合が膜構造の安定化に寄与すると考えられる。本成果は、分子の自己組織化を利用して外部応力に適応する人工界面膜を設計する新概念を提示し、人工細胞膜や機能性界面材料などへの応用が期待される。

自律的に折り畳まれる自己伸縮性単分子膜を開発 ―圧縮で壊れず、しわ形成により応力に適応する新しい界面分子膜―
自律的な折り畳みを示すHP-BTBT-C10単分子膜

<関連情報>

自律的な折り畳みと機械的適応性を備えた自己伸縮性分子単層 Self-stretching molecular monolayers with autonomous folding and mechanical adaptation

Taichi Iizuka, Satoru Inoue, Kiyoshi Nikaido, Seiji Tsuzuki, […] , and Tatsuo Hasegawa
Science Advances  Published:9 Sep 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aeg8906

Abstract

Molecular monolayers at fluid interfaces are generally considered mechanically fragile, collapsing under lateral compression. Here we show that a rationally designed amphiphilic π-conjugated molecule instead forms a monolayer that adapts to mechanical stress. Langmuir films of 3-hydroxyphenyl-7-decyl-[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (HP-BTBT-C10) accommodate and store compressive stress without collapse. In situ optical imaging reveals that lateral compression converts into reversible out-of-plane deformation via anisotropic molecular reorganization, producing ordered wrinkles. Electron diffractometry and high-resolution electron microscopy show localized multilayer folding while retaining local molecular packing. Intermolecular interaction calculations suggest that hydroxy substitution helps stabilize both the Langmuir monolayer on water and folded multilayer wrinkles, while preserving the strong layer-forming tendency of alkyl-substituted extended π-core molecules. Dynamic measurements based on barrier-oscillation experiments further demonstrate repeatable viscoelastic stress responses mediated by sequential folding and wrinkle reversibility, establishing mechanically adaptive molecular monolayers that bridge conventional Langmuir films and biologically inspired membranes.

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