理研ら、自己修復するペプチドヒドロゲルに水のナノ通路を発見

ニュース紹介

「共同発表：自己修復性超分子ヒドロゲルの開発に成功～新しい分子設計がもたらす超精密ナノ構造～」

理化学研究所（理研）環境資源科学研究センター拡張ケミカルスペース研究チームの上田彩果研究員、伊丹健一郎チームディレクターらの国際共同研究グループは、π（パイ）拡張芳香族分子を組み込んだ短いペプチドが、水中で自発的に集合し、壊れても元に戻る自己修復性の超分子ヒドロゲルを形成することを発見した。合わせて、ナノファイバー内部にペプチド分子が規則正しく積み重なり、水分子を含むチャネル構造が形成されていること、分子の向きがそろって配列することでファイバー全体に分極が生じることも明らかにした。成果は英科学誌「Nature Communications」オンライン版に2026年8月1日付（現地時間）で掲載された。

出典：理化学研究所・科学技術振興機構（JST）共同発表 2026年8月7日プレスリリース
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20260807-2/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

超分子ヒドロゲルは、水を大量に含んだやわらかい網目状の材料で、分子同士が化学結合ではなく水素結合やπ相互作用（芳香環の重なりから生まれる弱い引力）で組み上がっているものを指します。共有結合で固めた通常のゲルと違い、壊れても分子同士がもう一度組み直せるため、切っても元に戻るような自己修復性を示す例が知られています。医療用の細胞培養足場や、生体に近い柔らかさをもつ電子材料、外部刺激で伸縮する応答性材料など、生体と機械の境目にある用途で候補材料として研究されてきました。

ただし、これまでの超分子ヒドロゲルは分子が集まっているようで、内部の並び方までは制御しきれないことが多く、原子レベルで狙った構造を再現するのは難しいテーマでした。ペプチド（アミノ酸が短くつながった分子）は生体との親和性が高く材料候補として有力ですが、水中で規則正しく集合させる分子設計の指針がまだ確立していない状況です。

①壊れても元に戻る仕組みを分子設計で作り込んだ

研究グループは、短いペプチドの中央にπ拡張芳香族分子（芳香環を大きく広げた分子）を組み込むという設計をとりました。この構造をとると、ペプチド末端の極性（＋と−の偏り）は残したまま、中央部分で分子同士が芳香環の面を重ねてくっつく力が強まります。結果として、水中でペプチドが自発的にファイバー状に集合し、ゲルを壊しても再び組み直せるヒドロゲルが得られました。共有結合で固めない仕組みなので、修復のたびに新しい材料を作り直す必要がありません。

②ナノファイバーの中に水が並ぶ「通路」ができていた

もう一つの発見が、集合体の内部構造です。研究グループはナノファイバーの中を原子レベルに迫る分解能で観察し、ペプチド分子が極めて規則正しく積み重なっていること、そして水分子を含むチャネル構造（ナノサイズの通路）が形成されていることを見いだしました。さらに、分子の向きがそろって配列しているため、ファイバー全体にわたって分極（電気的な偏り）が生じていることも確認されました。この「規則的な水の通り道」と「そろった分極」が同時に存在することは、これまでのランダムな網目のゲルとは異なる特徴です。理研の発表は、選択的にイオンを通すナノチャネル材料、外部電場や光に応える応答性材料、圧電性を示すソフトマテリアル、細胞や生体分子と相互作用するバイオマテリアルなどへの活用が期待できるとしています。

編集部からひとこと

柔らかい材料は、これまで「壊れないように使う」か「壊れたら交換する」かの二択で語られがちでした。今回のニュースはその手前にある「壊れても組み直せる仕組みを最初から入れておく」という発想で、分子設計から内部構造まで一続きで作り込んだ点が特徴です。中身が原子レベルで整っているという事実は、単に見た目が均一というだけでなく、内部の水やイオンをどう通すかを設計できる可能性につながります。医療や環境の材料開発では「柔らかい・生体に優しい・機能もある」を同時に満たすことが難しく、そこに分子設計から答えを返した研究として読める発表でした。