スポットライトリサーチ

ナノカプセルの空間機能に関する研究をしています。今回、ひも状分子がナノカプセルに特異な２つの様式で結合することを発見しました（図1）。

酵素や合成ホスト分子は、ナノサイズの内部空間を利用して基質分子を内包しますが、通常、空間より大きな分子を内包することはできません。特に、汎用的なひも状のオリゴエチレンオキシドは、分子間相互作用が弱いことから、基質分子としての活用例はほとんどありませんでした。このような背景に対して、ナノカプセル（2011年に吉沢グループが開発[1]）とひも状分子を水中で混ぜると、短いひもはカプセル空間に渦を巻いた内包型で、長いひもはカプセル骨格を突き破った貫通型で結合することが判明しました（図２）。本成果は、2016年のノーベル化学賞で話題となった分子マシンや、機能性ポリマー材料への応用展開が期待されます。

本研究は、ナノカプセルの水溶性向上を目的に、ナノカプセルと様々な親水性分子を混ぜたことがきっかけで始まりました。最終的に水溶性は向上しませんでしたが、その一方で取り込まれないと思っていた親水性のひも状分子が、100％の収率でナノカプセルに内包されることが分かり大変驚きました。次に、様々な長さのひも状分子に対して『一体どの長さまで内包されるのか』という疑問が湧いてきました。ナノカプセルの空間体積に制限があるため、どこかで取り込まれない分子が出てくるだろうと予想していました。しかし、試した全てのひも状分子が結合し、また、ある長さから結合形態が切り替わることが分かり、夜のNMR室で独り驚いていたことを覚えています（こちら も参照）。

なぜこんな構造が生成するか、結合過程の熱力学的考察が一番の難問でした。残念ながら私は留学のため時間切れとなり、後輩の草葉竣介君（現 化学系メーカー勤務）に託して研究室を離れました。ITC測定 は熱力学的考察を行う上で重要な分析法ですが、研究室に十分な測定ノウハウがなかったため、草葉君には自身のプロジェクトと並行して日夜多くの条件検討を重ねてもらいました。最終的に入社式前日まで（！）粘り強く実験してくれたおかげで、結合過程を矛盾なく説明できる十分なデータが得られました。さらにITC測定から、予想していなかったダブル貫通体の形成が判明したのです（図3）。

個人を表現するという点では、研究活動は『芸術活動』と捉えることができます。絵画や彫刻とは異なり、有機合成技術はナノサイズの造形美と機能性を自由に追究できる唯一の手段です。化学者 兼 芸術家（自称）として、極小のモノづくりを通じた新たな科学的価値を創出できたらと思います。文化的価値が高いもの、例えばショパンの音楽やガウディの建築物が現代まで残り続けるように、100年後も引用されるような作品（研究成果）を生み出すことが夢ですね。

研究室に所属すると、毎日『巡り合う実験結果』に集中しがちですが（科学者たるもの、そうあるべきですが…）、個人的には『巡り会う人』も同等に大事にするべきだと思っています。私自身、自分で何かを成し遂げたというよりは、出会った人達に刺激を受け、支えられたおかげで研究を続けることができました。研究活動は一人では出来ません。研究室での良き師・先輩・友人、研究室外での交友関係など、どんな小さなご縁でも一つひとつを大切にしたいですね。

最後に、本研究を進めるにあたり大変お世話になりました、吉沢道人先生と穐田宗隆先生、草葉竣介君、株式会社リガクの菊池貴博士、そして穐田・吉沢研究室のメンバーにこの場を借りて心より感謝申し上げます。

1. N. Kishi, Z. Li, K. Yoza, M. Akita, M. Yoshizawa, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11438-11441.
2. M. Yamashina, Y. Sei, M. Akita, M. Yoshizawa, Nature Commun. 2014, 5, 4662.
3. M. Yamashina, M. Sartin, Y. Sei, M. Akita, S. Takeuchi, T. Tahara, M. Yoshizawa, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 9266-9269.
4. M. Yamashina, M. Akita, T. Hasegawa, S. Hayashi, M. Yoshizawa, Science Adv. 2017, 3, e1701126.