多変数最適化に基づく配向異性をもつ自己集合体の選択・増幅

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2025-05-22 東京大学

東京大学大学院総合文化研究科の平岡秀一教授らの研究グループは、歯車状の分子が水中で自己集合し、箱形の構造体(ナノキューブ)を形成する過程で、16種類の配向異性体が生成されることを発見しました。さらに、特定の分子を加えることで、これらの異性体の中から特定の2種類を選択的に増幅できることが明らかになりました。この選択・増幅は、集合体内の分子の配向、取り込まれる分子の数や配向といった多変数の最適化によって実現され、自然界における複雑な分子選択過程にも通じる可能性が示されました。この成果は、分子進化や物質開発の新たな手法として期待されます。

多変数最適化に基づく配向異性をもつ自己集合体の選択・増幅
多変数の最適化過程による特定の種の選択・増幅

<関連情報>

多変量最適化プロセスによる動的ライブラリーからの自己組織化異性体の選択 Selection of self-assembled configurational isomers from a dynamic library via a multivariant optimization process

Hongye Chen,Tsukasa Abe,Runyu Chai & Shuichi Hiraoka
Nature Communications  Published:22 May 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-59181-8

Abstract

Selection of a suitable species from a dynamic library in response to external stimuli is a key event in evolution, adaptation, and switching. The desymmetrization of building blocks enables the generation of configurational isomers for self-assembly, which is a rational approach to creating a complicated dynamic library without increasing the variety of components. However, because of their structural similarity, the selection of isomers from such a dynamic library is challenging. Here we show an artificial molecular system in which two types of self-assemblies are separately selected from a dynamic library consisting of 16 configurational isomers of hexameric cube-shaped entities assembled from CS-symmetric gear-shaped amphiphiles upon binding two or three guest molecules. The two types of isomers were selected not only by the induced-fit selection caused by the guest molecules but also by the induction of the spatial arrangements of the guest molecules in the cluster by the assemblies. These results indicate that mutual multivariant optimization is a hidden strategy to create order from chaos in complicated systems.

0502有機化学製品
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