降り注ぐ太陽の光を受けて細菌や植物は光合成を行う。葉緑体で光エネルギーを化学エネルギーに換えて水と二酸化炭素から炭水化物と酸素を作り出すのだ。「生物体内でこともなげに果たされる環境に優しい光のエネルギー反応を人工的にまねられないか」。そんな反応を担う光の受け皿となるアンテナ役のモデル物質の合成に世界で初めて成功したのが小夫家教授だ。その物質の研究開発の手法は、先端の電子工学や医療に結びつくほど幅広く展開しはじめた。

「目的の化合物をひたすら作るのではなく、有用な機能を持つ物質をできるだけ易しい方法で作ることが課題。自然に学ぶことは多いのです」 小夫家教授は微笑みながらパソコンを操作してスライドを映し、開発したアンテナ物質の化学構造式=図＝を示した。 その形は、葉緑体内に含まれる色素（葉緑素、クロロフィル）の骨組みをなす「ポルフィリン」という物質が十二個、アクセサリーのようにきれいなリング状に繋がっている。この構造が、光エネルギーを吸収し、電子の流れに変える役割を果たすのだ。複雑な形の製法にもポイントの部分で自然界の巧妙な手法を取り入れた。 　光合成の仕組みは、まず光のエネルギーを電流に変え、さらに分子を結合する化学エネルギーに変換して蓄える太陽光発電のような「明反応」。次いでそのエネルギーを使い炭水化物を作る「暗反応」の二段階に分かれる。 アンテナ物質は、「明反応」の入り口に相当する役割を果たし、光のエネルギーを吸収して水の分子を構成する水素原子から電子を飛び出させる反応の仲介役をするのだ。

小夫家教授の人工光合成研究が成功したのは、バクテリアのクロロフィルが「スペシャルペア」という形で結合していることに気づいたのがきっかけだった。二分子のクロロフィルがはす向かいに結合した形（二量体）で、これが効率よく光を吸収し電子を放出する原因になっていると推測した。 このスペシャルペアをリング状に繋げる際には「自己組織化」という方法が使われた。生体内で行われている方法で、タンパク質は遺伝子の情報によりアミノ酸を鎖状に連結して作られるが、この鎖を折りたたんだり、繋げたりして、十分に機能が発揮できるための複雑な構造をとるよう分子間の相互作用で自発的に調整する。この作用は遺伝子の情報に刻み込まれていないだけに、生命の神秘とも言われている。 小夫家教授は、この方法により、溶液中の成分を調節するだけで、見事にスペシャルペアの美しいリングを作り上げた。この物質は高いエネルギー伝達効率を示し、アンテナ物質であることが証明された。 さらに、スペシャルペアを長大な鎖状に成長させたり、適当な長さに留めたり、自由自在に扱うことができた。金属の表面に結合させる「分子はんだ」も可能になった。これらの分子はいずれも光を吸収して電流を発生した。 このような人工光合成の研究は、化学からの生物学へのアプローチとして基礎研究に大きく役立っている。

一方で応用面での期待は大きい。二十一世紀は光の時代といわれ、電子よりも精密で高速の操作ができる光を使ったナノテクノロジー（超微細加工技術）による研究開発が一気に花開くと予想されるからだ。 小夫家教授は「人工光合成の研究からは、効率が良い新方式の太陽光発電や、超高密度の半導体作りに必要な分子配線など光デバイスの技術開発にも取り組んで行きたい。生体の巧妙な仕組みをヒントに、そのエッセンスを取り出して、人間に都合が良いところをデフォルメし、ナノテクでさらに高度な機能を発揮させる研究開発はこれから盛んになっていくでしょう」と期待する。 人工光合成の研究は、もうひとつの大きな展開を見せている。同時に二つの光子を吸収して二倍のエネルギーを出せる「二光子吸収材料」の開発に成功したのだ。こちらは、がん治療薬として投与したあと、がん組織にレーザー光を当てるとその部分だけ大きなエネルギーを放出し、ピンポイントで一気にがん組織にダメージを与えるというのだ。 このほか、高密度化が限界にきている半導体分野で立体的に配線する三次元メモリーへの応用も考えられている。 小夫家教授は「超分子科学は個々の分子の機能をシステム化してとらえ、新たな優れた機能を探る分野です。科学の分野を問わず独創性を発揮する醍醐味を感じることができると思います」と話している。小夫家教授は「超分子科学は個々の分子の機能をシステム化してとらえ、新たな優れた機能を探る分野です。科学の分野を問わず独創性を発揮する醍醐味を感じることができると思います」と話している。