世の中の物質の多くは、異なる化合物（物質）の「複合体」として存在し機能しています。例えば、動物の体は無機物である骨とそれ以外の有機物からできており、それらが互いに相補的な役割を果たして連携しあうことで、高度な機能が実現されています。では、もっと小さい「分子」の世界でも同じことができるのではないでしょうか？この研究はそのような単純な疑問から始まりました。

• 　金属クラスター本研究室では、数十から数千の金属原子を含む「クラスター性金属化合物」に注目しています。この化合物群は、通常の分子性化合物より一回り大きい数ナノメートル程度のサイズ領域にあり、量子サイズ効果など単純な金属錯体やバルク金属化合物にはみられない独特な性質を持ち合わせています。こうしたユニークな特性をもつ無機物を基盤として、構造、性質を全く異にする有機物と分子レベルで複合・集積化（ハイブリッド化）すれば、これまでにない未知の機能を引き出せる可能性があります。本研究では、こうした有機／無機クラスター複合系の未知の特性を基礎的見地から探索するとともに、それを利用して環境モニタリングや環境保全触媒などへ展開できる新機能を開拓することを目指しています。

• 無機クラスターがもつ特異な性質を利用して「機能」を引き出すための手段として「有機物でできた空間環境」を構築し、有機/無機界面でおこる分子事象（Molecular event）を利用した機能の探索を行っています。すなわち、ソフトな有機部位と固い無機ユニットの間に形成される特異な「ナノ空間」でおこる物質間相互作用を利用することで機能を創出します。例えば、ある分子が界面部（＝クラスターの表面近傍）に近づいてきた時に、その情報が無機クラスターのほうに伝達されて、特有の分光学的、電気化学的性質に何らかの変化を誘起すれば「機能」につなげることができます。また、捕捉された物質が活性化されて反応することも考えられます。これらはそれぞれ「センシング」「触媒」といった環境科学と密接に関連する機能に直結します。

• 表面での相互作用だけを無機表面近傍への選択的物質捕捉と それにともなう応答機能発現の模式図利用すると、似たような物質では同じような反応や応答がおこってしまうと予想されます。しかし色々なアウトプットを考えると、ある物質に対する特異性（選択性）がでることが望ましいわけで、そのためには、選択的に表面と相互作用できるような「しかけ」を用意してやればよいことになります。そこで、フレキシブルな設計が可能な有機物をつかって、無機表面の周りに「認識場」「反応場」を目的に応じて設計し、ある特定の物質が相互作用できるような設計を行います（＝分子認識）。すなわち、コロイド的な無機クラスターの化学に、有機化学・錯体化学・超分子化学のエッセンスを注入して、両者を融合することで新しい化学を創出していきます。

＜生命のメカニズムを学び、生命を超越する＞

• 　一見意外に思えるかもしれませんが、本研究の原点は金属タンパク質です。良く知られている通り、金属タンパミオグロビンの構造 （黄色の部分が金属中心）ク質では、活性な金属中心をつつみこむポリアミノ酸（タンパク質）によって機能がコントロールされています。その典型がヘムタンパク群です。このタンパク群に属するものは多数知られていますが、その機能は酸素貯蔵・運搬（ミオグロビン、ヘモグロビン）から酸化触媒（チトクロムP450、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ）、電子伝達（チトクロムc）まで多岐にわたります。しかし、活性中心はいずれも同じ鉄ポルフィリン錯体です。従って、周りの有機物（ポリアミノ酸）との相互作用によって、金属中心の機能が様々に制御されているわけです。もちろん、これと同じことを人工系で実現することは極めて困難ですが、原理的には有機部位の設計次第で内包する金属種（クラスター）の機能を改変できることを示す好例と言えるでしょう。
• 　また、生命は、水素結合、π相互作用、疎水相互作用などの弱い分子間力を巧妙に用いて、機能モジュール（核酸、タンパク質など）間の複合体形成をコントロールし、機能の発現、調節を行っています。本研究では、こうした弱い分子間相互作用に基づく超分子的メカニズム無機の金属クラスター物質に取り入れて、生命を越える人工機能を実現することを目指していきます。