光でナノ材料の形状を自在に操る次世代技術の誕生

光によるナノ材料の形状制御

近年、科学の発展に伴い、ナノ技術が様々な分野で注目されています。その中でも、光に反応して形状や色を自在に変化させる「フォトクロミック分子」が新たな可能性を持つことが明らかになりました。この革新的な技術は、千葉大学の矢貝史樹教授をはじめとする研究チームによって開発され、具体的には外部条件に応じて異なるナノ構造を生成することが可能です。

1. 研究の背景

生体分子は、周囲の環境による影響を受けて、自らの形状を変化させることで高い適応性を示します。この自然の仕組みを模倣し、人工的にも非平衡状態を作り出そうとする取り組みが進んでいます。今回は、特に「光」をエネルギー源とし、分子構造を光の強度で変化させる研究が行われました。これまでは光の有無やその色合いに注目することは多かったものの、強度によって異なる反応が起こる可能性にはほとんど注目されていませんでした。

2. 画期的な研究成果

共同研究チームは、フォトクロミック分子の変化と分子集合体の多様性を組み合わせることで、光の強さに応じて異なるナノ構造（一次元ナノファイバー、二次元ナノシート、三次元ナノクリスタル）を生成する手法を確立しました。具体的には、新たに設計したアゾベンゼンを使い、紫外線の強度によってその形状を変化させることに成功しました。強い紫外線が照射されると、安定な二次元ナノシートが分解し、一次元ナノファイバーが生成される一方、弱い紫外線では、ナノシートが変化せずに三次元のナノクリスタルが形成されるという明確な違いが観察されました。

この構造変化は、高速原子間力顕微鏡（AFM）を用いることでリアルタイムで捉えられました。変化が明確に観察され、特定の選択的なプロセスが確認されると共に、分子の動きが明らかになりました。

3. 未来の展望

この新たな研究は、これまで二つの状態を切り替えるだけだった光の使い方に、複数の非平衡状態を創出する新しい視点をもたらしました。将来的には、これを応用して生体分子のように外部環境に柔軟に適応する機能性材料の開発が期待されます。現在は、形成されたナノ構造の特徴や特性との関係性を調査中ですが、光を活用した新しい材料の創造が進むことは間違いありません。今回の発見が、次世代の機能性材料開発にどのように貢献するのか、今後の研究が楽しみです。