東京大学大学院工学系研究科応用化学専攻の野地博行教授らは、分子の機械的な運動を可視化する「ビーズプローブ光学顕微鏡1分子運動計測法(1分子モーションキャプチャ法)」を、大きさ1ナノメートルの人工分子マシンに適用し、その回転運動を「見て、触る」ことに成功した。

1ナノメートルの人工分子マシン1個を「見て、触る」ことに成功
1分子モーションキャプチャ法の概念図

「1分子モーションキャプチャ法」は、生体分子マシンの運動の方向性や一歩で進むサイズ、発生する力などを分析するのに役立つが、生体分子マシンの10分の1の大きさである1ナノメートル程度の人工分子マシンに同手法を適用するのは困難だった。


今回の実験では、1分子モーションキャプチャ法を改良して、人工分子マシンが小さいために生じる固定化反応の効率の低下や、ビーズと基板の相互作用などの問題を解決した。さらに、ビーズに外力をかけることで、分子1個の運動を操作することもできる。1ナノメートルという大きさは、生体や人工の分子マシンの最小サイズのため、同手法を用いることであらゆるサイズの分子マシンを可視化できるようになるという。

人工分子マシン1個の振る舞いを「見て、触り」ながら性能評価できる同手法は、人工分子マシンの目標のひとつである「力を発生して運動する人工分子モーター」の実証に適用できる、現在唯一の方法だ。将来、例えば光で駆動する人工分子モーターと生体分子モーターを接続することにより、生体のさまざまな化学反応を光で操作できる、テーラーメイドなエネルギー変換技術の実現が期待できるという。