液体のように振る舞う金ナノ粒子!?〜表面分子の小さな変化が粒子集団を大きく操る〜

2026-05-07 東北大学

Tohoku University多元物質科学研究所の研究チームは、水面上に配列した金ナノ粒子集団が、温度や圧縮刺激に応じて液体のように自在に構造変化する現象を発見した。研究では、温度応答性分子を含む2種類の有機分子で表面修飾した金ナノ粒子を空気/水界面に展開し、刺激に応じて島状、鎖状、網目状へと動的に配列が変化することを確認した。詳細解析の結果、粒子表面の有機分子が自発的に再配置し、ナノ粒子に見かけ上の異方性を与えることで、粒子集団全体の再編成を駆動していることが明らかになった。従来は固定的と考えられていたナノ粒子配列を、分子レベルの微小変化によって柔軟に制御できることを示した点が大きな特徴である。この成果は、光学・磁気特性を持つナノ粒子材料の動的制御につながるだけでなく、外部環境に応答するスマート表面や、バイオ界面、マイクロ流体デバイスなどへの応用が期待される。研究成果は『Journal of the American Chemical Society』に掲載された。

液体のように振る舞う金ナノ粒子!?〜表面分子の小さな変化が粒子集団を大きく操る〜
図1. 金ナノ粒子表面での有機分子の再分布による粒子形状異方性の変化と 島状から網目状への粒子配列構造の変化。

<関連情報>

温度および圧力によって誘発される配位子の異方性が、デンドロン化金ナノ粒子単分子膜の構造再編成を促進する Temperature- and Pressure-Induced Ligand Anisotropy Drives Structural Reorganization of Dendronized Gold Nanoparticle Monolayers

Rina Sato,Joshua Reed,Emanuel Schneck,and Kiyoshi Kanie
Journal of the American Chemical Society  Published: May 1, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c22437

Abstract

Self-assembly at the air/water interface provides a versatile platform for organizing organic ligand-functionalized inorganic nanoparticles (NPs) into two-dimensional monolayers. However, how ligand behavior under interfacial confinement governs collective structural organization of NP assemblies remains poorly understood. Here, we demonstrate that ligand redistribution on Au NPs induces emergent NP shape anisotropy, which in turn drives directional reorganization of interfacial monolayers. A monolayer of Au NPs dual-functionalized with a liquid-crystalline dendron and dodecanethiol reorganizes from island-like arrays to network-like structures upon heating. X-ray reflectometry and grazing-incidence small-angle X-ray scattering further reveal correlated variations in out-of-plane ligand-shell thickness and in-plane lattice constants. Integrating these X-ray results with local structural insights from electron microscopy clarifies that adaptive redistribution of the two coexisting ligands on the NP surface was the key factor that changes the NP shape anisotropy. This ligand-driven anisotropy directly induced directional anisotropy of the macroscopic monolayer structure. Such dynamic ligand redistribution is enabled by a precisely engineered NP surface, dual-functionalized with liquid-crystalline dendrons and simple alkanethiols. Altogether, this work establishes a strategy for designing thermoresponsive NP monolayers with tunable topology at liquid interfaces and highlights how interfacial confinement fundamentally alters ligand-mediated assembly behavior.

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