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月刊機能材料 2004年4月号

【特集】 強相関ソフトマテリアルの動的制御―Part1

商品コード: M0404

  • 発行日: 2004年3月5日
  • 価格(税込): 4,320 円
  • 体裁: B5判
  • ISBNコード: 0286-4835

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目次

【特集】 強相関ソフトマテリアルの動的制御―Part1


特集にあたって
Dynamic Control of Strongly Correlated Softmaterials
西敏夫(東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授;東京大学 名誉教授)


第1編 動的制御のための非共有結合性相互作用の探索極限環境下における生体分子間疎水性相互作用とその強相関ソフトマテリアルへの応用
Application of Hydrophobic Interaction among Biomolecules under Extreme Conditions to Strongly Correlated Softmaterials
中村聡(東京工業大学大学院 生命理工学研究科 生物プロセス専攻 教授)

 極限環境微生物が生産するタンパク質は、極限環境においても機能することから、21世紀材料としての応用が期待される。本稿では、極限環境微生物タンパク質の構造と機能に関するこれまでの研究を概説し、機能材料への応用展開について述べる。

【目次】
1. はじめに
2. 好熱性微生物に由来するアミノ酸生合成系酵素
3. 好アルカリ性微生物に由来する多糖加水分解酵素
3.1 キシラナーゼ
3.2 キチナーゼ
4. 好塩性微生物に由来する電子伝達タンパク質
5. おわりに


疎水ポリフィリン組織体の構築と酸素の促進輸送
Hydrophobic Porphyrin Assemblies with Oxygen Transport Capability
西出宏之(早稲田大学 理工学部 教授)

 空気から酸素分子を選択的に取り組み運搬するヘモグロビンは、鉄ポルフィリンを酸素結合席として含むタンパク質である。分子設計されたポルフィリンの疎水相互作用に着目して組織体を構成すれば、ヘモグロビンとは異なる条件下でも酸素運搬できる新しい材料系が可能となる。

【目次】
1. はじめに
2. 合成ポルフィリンと耐熱性タンパク質の疎水組織体
3. ポルフィリンキャップの構築とリサイクラビリティー
4. 疎水ポルフィリン薄膜での酸素促進輸送
5. おわりに


強相関ソフトマテリアルのバイオリサイクル制御
Biorecycle Control of Strongly Correlated Softmaterials
青井啓悟(名古屋大学大学院 生命農学研究科 応用分子生命化学専攻 助教授)
西敏夫(東京工業大学大学院 有機・高分子物質専攻 教授;東京大学名誉教授)

 生分解性を有するポリ乳酸とポリ(コハク酸ブチレン)/ポリ(炭酸ブチレン)共重合体とのブレンド系で、相互侵入球晶の形成状態により生分解の速度を調節できることを明らかにし、材料のバイオリサイクルの時間制御の新たな方法論を示した。また、バイオポリマーハイブリッドとして、キチン/ポリサルコシングラフト共重合体をポリビニルアルコールに添加することで、その生分解性の制御を行った。ポリマーブレンドによる生分解性の制御について議論した。

【目次】
1. はじめに
2. バイオリサイクルとポリマーブレンド
3. 生体高分子を生かしたバイオポリマーハイブリッド
4. 結晶性高分子ブレンド
5. PECとポリ乳酸とのブレンドの球晶構造とバイオリサイクル速度依存性
6. 偏光顕微鏡による相互侵入球晶近傍の分解挙動の観察
7. おわりに


ピリジニウム基を集積したレドックス共役組織体
Redox-conjugated Assembly o Pyridinium Building Units
彌田智一(東京工業大学大学院 資源化学研究所 教授)

 われわれは、光や電気によって電子構造を可逆的に変換できる機能ユニットを強く相関させながら組織化し、電子的な相互作用に基づいた組織体機能の設計と制御に取り組んでいる。本稿では、可逆な色変化と電荷や不対電子の生成・消滅を伴うレドックス過程を示すピリジニウム基を機能ユニットとするレドックス共役組織体について紹介する。

【目次】
1. はじめに―共役組織化
2. レドックス機能ユニット-ピリジニウムとビオローゲン
3. ビオローゲンπ共役2量体―電子的な構造異性体
4. ピリジニウム共役組織化へのアプローチ
5. レドックス活性配位子ピリジルピリジニウムによる配位組織体
6. ピリジニウムβジケトン配位子と金属錯体
7. おわりに


疎水性コア構造変換による電子伝達タンパク質シトクロムc機能調節
Relationship between Redox Function and Protein Stability of Cytochromec
山本泰彦(筑波大学 化学系 教授)
三本木至宏(広島大学大学院 生物圏化学研究科 助教授)

 バイオエレクトロニクス素子としての利用が期待される電子伝達タンパク質シトクロムcの酸化還元電位は、タンパク質の立体構造の安定化に寄与する分子内部の疎水性コアの構造化学的性質により調節されることが明らかとなった。熱安定性が系統的に異なる一連のシトクロムcの還元反応の熱力学的解析から、疎水性コアの構造化学的性質による酸化還元電位の調節は、還元エンタルピーの変化を通して行われることが示された。

【目次】
1. はじめに
2. シトクロムcにおける構造と機能の関係
3. 好熱性水素細菌H.themophilusと緑膿菌P.aeruginosaのシトクロムc
4. シトクロムcの熱安定性
5. シトクロムcの熱安定性と酸化還元電位との関係
6. おわりに


第2編 水素結合を利用した階層構造の構築と機能化水素結合の動的制御による刺激・環境応答性強相関ソフトマテリアルの構築
Development of Strongly Correlated Softmaterials Responsive to Stimuli and Environment by Dynamic Control of Hydrogen Bonds
加藤隆史(東京大学大学院 工学系工学系研究科 化学生命工学専攻 教授)

 水素結合のような相互作用(非共有結合)を活用して分子を組織化し構築される新しい動的な機能を示すソフトマテリアルについて解説する。具体的には、多様の分子の集合により、(1)キラルなカラムナー相を示す液晶材料、(2)異方的(1次元・2次元)にイオンを高速に伝導する材料、(3)電場に高速に応答したり、光記録可能な液晶ゲルについて述べる。

【目次】
1. 有機トランジスタ実用化への課題
2. キラルカラムナーおよびキラルキュービック組織体
3. 異方的イオン伝導体:ナノ相分離構造の形成と機能化
4. 電場・光応答性液晶ゲル
4.1 高速電場応答性液晶ゲル
4.2 光散乱型電場応答性液晶ゲル
4.3 光応答性液晶ゲル
5. おわりに


DNA四本鎖構造を利用したカリウムイオンの検出
Detection of Potassium Ion by using DNA Tetraplex Structure
野島高彦(九州大学大学院 工学研究院 応用化学部門 助手)
竹中繁織(九州大学大学院 工学研究院 応用化学部門 助教授)

 核酸の水素結合ネットワークは、あるトリガーによって核酸構造自体を大きく変化させることができる。これを利用したK+イオンの蛍光センシング試薬PSOを開発した。PSOは、テロメア配列を有するDNAの両末端にFRET可能な2種の蛍光色素を導入したもので、K+をトリガーとする四本鎖DNA形成により過剰のNa+存在下K+を選択的に蛍光定量出来る。

【目次】
1. はじめに
1.1 強相関ソフトマテリアルとしてのDNA
1.2 生体中におけるカリウムイオンの重要性
2. カリウムイオンセンサーPSOの設計
2.1 テロメアDNAの特異構造
2.2 テロメアDNA配列をカリウムイオン検出に応用する
3. 種々の金属イオン存在下におけるPSOの蛍光挙動
3.1 金属イオン選択性の検討
3.2 PSO-2の開発
3.3 蛍光バイオイメージングへの応用の可能性
4. おわりに


酸-塩基および水素結合相互作用を用いた動的らせん高分子創製と機能
Synthesis and Function of Dynamic Helical Macromolecules induced by Acid-baseand Hydrogen Bonding Interactions
八島栄次(名古屋大学大学院 工学研究科 物質制御工学専攻 教授;(独)科学技術振興機構 ERATO 超構造らせん高分子 研究総括)

 らせん構造は高分子特有の高次構造であり、その合成法と制御技術の確立は新規な物性・機能を有するソフトマテリアルの開発につながる。本稿では、非共有結合を利用したらせん高分子の創製と機能を中心に述べる。

【目次】
1. はじめに
2. 人工らせん高分子
3. 動的認識プロセスを用いたらせん高分子の創製
4. おわりに


水素結合による集合体の強相関構造形成の理論構築
Theoretical Study of Strongly Correlated Hydrogen-Bonded Molecular Assemblies
田中文彦(京都大学大学院 工学研究科 高分子化学専攻 教授)

 水素結合には連鎖性があり、ジッパー型の架橋領域を有する高分子ゲルの生成や、高分子鎖上へのヘリックス誘起など特徴的な会合構造を形成する要因になる。本稿では、水素結合の1次元的な伝播によって生じるゲルや左右競合するヘリックスを統計力学的理論により解析した結果を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 水素結合ヘリックス(ジッパー型)架橋ゲルの再帰ゾル・ゲル転移
3. キラル分子による水素結合誘起ヘリックス高分子


金属錯体をビルディングブロックとする水素結合により集積されたケモセンサーの構築
Metal-complex Assemblies constructed from a Flexible Hinge-like Ligand H2bhnq:Structural Versatility and Dynamic Behavior in the Solid State
川田知(大阪大学大学院 理学研究科 化学専攻 無機化学講座 助教授)

 最近、集積型金属錯体を用いた機能性物質探索がさまざまな分野で展開されている。有機配位子と金属イオンがナノメートルオーダーで集積した集積型金属錯体は、複合化された秩序構造と単独の金属錯体にはない多面的な化学的特性を有するため、さまざまな物性が複雑に絡み合った新しい機能の発現が期待されている。本稿では、構造の柔軟性と特異的な水素結合能をもつ1次元鎖状の集積型金属錯体を用いた筆者らのセンサー機能発現へのアプローチを紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. ヒンジ様配位子を用いたセンサー機能の発現
3. 水素結合を用いた不斉認識に向けて
4. おわりに


Material Report
R&D

電子機器用のケナフ添加ポリ乳酸の開発
Development of Kenaf-reinforced PLA for Electronic Products
位地正年(日本電気(株) 基礎・環境研究所 研究部長)
芹澤慎(日本電気(株) 基礎・環境研究所 主任)
井上和彦(日本電気(株) 基礎・環境研究所 主任研究員)

 地球温暖化の要因とされているCO2の固定化や石油資源枯渇対策のため、植物原料のバイオプラスチックが重要となっているが、電子機器筐体に利用するためには耐熱性などの特性の向上が課題であった。そこで、高い温暖化防止効果をもつケナフの繊維を添加することで、耐熱性や剛性などに優れたバイオプラスチックを開発した。ケナフ繊維をトウモロコシなどの植物資源を利用したポリ乳酸に添加すると、耐熱性(熱変形温度)と剛性を現在使用している石油系プラスチックより向上でき、さらに成形性も改良(結晶化促進)できた。今後、早期に製品化し、電子機器に適用していく予定である。

【目次】
1. はじめに
2. 電子機器へのバイオプラスチック利用の可能性と課題
3. ケナフセインに添加ポリ乳酸の開発
4. まとめと今後


ショットコーティング技術の開発
Development of Shot Coating Technology
伊藤義康((株)東芝 電力・社会システム技術開発センター 主幹)
須山章子((株)東芝 電力・社会システム技術開発センター 主務)
布施俊明((株)東芝 電力・社会システム技術開発センター 主務)

 セラミックス表面のメタライズ処理を目的に、新しくショットコーティングプロセス(衝撃皮膜形成法)を開発した。常温大気中で金属粉末を高速でセラミックス基材表面に吹き付けることで、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの導電皮膜を容易に形成しることができる。本稿では、酸化亜鉛、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミック表面にショットコーティングでアルミニウム皮膜を形成するために実施した基礎検討結果を示す。また、アルミニウム皮膜の組織と残留応力特性に着目し、ショットコーティングによる皮膜形成のメカニズムについて紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. ショットコーティングの基礎的検討
3. ショットコーティングに及ぼす基材の影響
4. ショットコーティング皮膜の残留応力特性
5. ショットコーティングによる皮膜形成のメカニズム
6. ショットコーティングの用途展開について


機能材料連載講座 因果化学からみる材料の機能性(第3回)
コマンド増幅系
Command Amplification Systems
市村國弘(東京理科大学 総合研究所 教授)

 光などの刺激が分子の構造や配向状態を変化されることを原因として、さまざまな化学的変化が二次的に誘起される結果として、多彩な機能性が発現される。この分子レベルでの因果関係を総括的に把握するために、コマンダー・ソルジャー概念について説明し、分子レベルでの増幅にはトリガー増幅と触媒増幅があることを指摘する。

【目次】
1. はじめに
2. コマンダー分子とソルジャー分子
3. トリガー増幅の例示
4. 分子集合体の状態変化とコマンド効果
5. 分子因果則
6. 分子因果則の意義
7. おわりに
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