次世代機能性材料「超分子ゲル」の形成メカニズムを分子レベルで解明 ~薬物送達システムをはじめとする医療材料、環境技術の開発を大幅に加速~

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2025-04-28 明治薬科大学

次世代機能性材料「超分子ゲル」の形成メカニズムを分子レベルで解明 ~薬物送達システムをはじめとする医療材料、環境技術の開発を大幅に加速~

明治薬科大学と名古屋大学、静岡大学、千葉大学などの研究チームは、次世代機能性材料「超分子ゲル」の形成メカニズムをナノメートルスケールで「動画」として捉え、世界で初めてその詳細を解明しました。超分子ゲルは、低分子が非共有結合で集合し、高分子のような構造を取るゲルで、外部刺激に敏感に反応する特性があります。この成果により、薬物送達システムや環境技術開発が大きく加速することが期待されています。本成果は「Nature Communications」で発表されました。

<関連情報>

尿素誘導体の超分子ゲル化機構の分子レベルでの解明 Molecular-level insights into the supramolecular gelation mechanism of urea derivative

Shinya Kimura,Kurea Adachi,Yoshiki Ishii,Tomoki Komiyama,Takuho Saito,Naofumi Nakayama,Masashi Yokoya,Hikaru Takaya,Shiki Yagai,Shinnosuke Kawai,Takayuki Uchihashi &Masamichi Yamanaka
Nature Communications  Published:22 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-59032-6

Abstract

Despite being a promising soft material embodied by molecular self-assembly, the formation mechanism of supramolecular gels remains challenging to fully understand. Here we provide molecular to nanoscopic insights into the formation mechanism of gel-forming fibers from a urea derivative. High-speed atomic force microscopy of the urea derivative revealed the presence of a lag phase prior to the formation of supramolecular fibers, suggesting a nucleation process. The fiber growth kinetics differ at both termini of the fiber, indicating a directional hydrogen-bonding motif by the urea units, which is supported by single-crystal X-ray crystallography of a reference compound. Moreover, we observed an intermittent growth pattern of the fibers with repeated elongation and pause phases. This unique behavior can be simulated by a theoretical block-stacking model. A statistical analysis of the concentration-dependent lag time on macroscopic observation of the gelation suggests the presence of a tetrameric or octameric nucleus of the urea molecules.

有機化学・薬学
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