1. 新規界面活性剤の開発と評価
微量で優れた界面活性を有するジェミニ型界面活性剤についてチオール・ジスルフィドを有する機能性界面活性剤の開発しています。それ以外にも、比較的皮膚刺激もおだやかで，生分解性が良い環境低負荷タイプのアミノ酸から誘導された界面活性剤の溶存状態について，分光学的手法と熱力学的観点から解明することを目指しています。さらにリン脂質との相互作用という物理化学的理解から、皮膚への低刺激性というアミノ酸系界面活性剤の特性を解明しています。
2. 分子集合体形成の解明・制御
機能性ジェミニ型界面活性剤による解離会合制御系の構築とミクロ相分離系を利用した分離可溶化挙動の解明を行っています。蛍光プローブ法を主たる手法として、会合体内部の微視的極性および粘性、ミセル形状変化、ミセル間相互作用を検討しています。またある種のアミノ酸系界面活性剤が形成するナノチューブについても詳細に検討している。
3. 固液界面現象の分子スケール解明
固液界面で起こるさまざまな現象を原子・分子スケールで解明し、その知見を活用して環境・エネルギー問題の解決や健康・医療などへ貢献することを目指しています。主に原子・分子分解能を有する原子間力顕微鏡(AFM)技術を用いて、分子吸着・非吸着の分子論的理解や機能性分子が形成する自己集合構造の解明・制御、２分子間相互作用力の実空間計測などの研究課題を推進しています。
界面活性剤分子同士を連結鎖で繋いだ形のジェミニ型は臨界ミセル形成濃度が低く良好な界面活性を示しますが、機能性の賦与と水溶性の改善が課題となります。我々はジスルフィド連結鎖を有する水溶性に優れたジェミニ型や疎水鎖末端にチオエステルを有する界面活性剤を開発しています。チオエステルを有する二鎖型界面活性剤は、加水分解と酸化に伴いジェミニ型に変換され、ベシクル成長することを見出しています。pHや酸化還元等の外部刺激に応答するミセル・ベシクル転移等、会合状態と可溶化物放出の制御を目指しています。
各種蛍光プローブの探索と界面活性剤の蛍光標識により、ミセル内部とバルク水相の両面から会合体構造を検討しています。特に、キノリン・アクリジン誘導体の蛍光消光挙動を利用して、ミセルの対イオン結合度の簡便かつ高精度な評価方法を確立しました。これまで対イオン結合度は電気伝導度法や起電力法で決定されてきましたが、共存イオンや吸着の影響によるデータの再現性が問題となっています。この方法では、高感度でイオン選択的な蛍光消光により、ミセル表面への対イオンの競争的な結合に関する知見も得られます。
界面活性剤の性質は，主に炭化水素鎖からなる疎水基間の疎水性相互作用と，親水基間の斥力的相互作用の兼ね合いで決定されます。しかしながら一部の親水基には水素結合に代表される引力的な相互作用も関与することが予測されますが，その親水基構造の系統的研究は一般的に困難です。そこでアミノ酸を親水基構造に有する界面活性剤に着目し，種々のアミノ酸からなる界面活性剤を合成し，界面活性能への親水基構造の観点から検討しています。親水部位のアミノ酸側鎖の脱水和に伴うエントロピー増加によってミセル形成が促進され、芳香族アミノ酸のケースでは側鎖の芳香環が相互作用することでミセル形成を促進していることが示唆されました。 
一部のフェニルアラニン型界面活性剤は、低濃度でいきなり巨大な会合体（ナノリボン・チューブ）を形成し、更に濃度を増加させるとそのサイズが減少して最終的には球状ミセルに転移するような、逆行型会合を行うことを発見しました。現状では親水基間の水素結合やフェニル基間の相互作用が密接に関与していることが分かっています。またフェニルアラニンのジペプチドをユニットとする界面活性剤では、特定の色素の共存のもとでナノファイバーを形成し、色素の蛍光特性を著しく増加させることが分かっています。 
ペプチド，脂質，核酸などの生体分子は分子間相互作用を巧みに利用し多くの機能を有しており、界面活性剤が人体に作用する際には，これら生体分子とまず相互作用することが考えられます。よってこれらの分子と界面活性剤の相互作用について我々は生体適合性の観点から検討すると同時に、DDSや遺伝子デリバリーへの応用を目標として、リン脂質リポソームやDNA、RNAなどマクロ分子への界面活性分子の集積化を検討しています。またカゼインミセルを用いた各種機能性食品の貯蔵に関しても検討しています。リン脂質リポソームに対して、アミノ酸型界面活性剤は臨界ミセル濃度の近傍において、協同的に吸着することが分かっており、リポソーム表面にある種のチャンネルを形成するため速やかに内包物質を放出させることができます。
固液界面おける化学物質の吸着・非吸着のメカニズムを理解することは、機能性材料の創出にとって大変重要です。例えば、エネルギー貯蔵材料や水処理膜から、超撥水・超親水材料、人工血管まであらゆる先端材料において選択的な吸着・非吸着の制御手法が必要とされています。
空間空隙材料による選択な貯蔵・輸送・分離・変換を実現するためには、ゲスト分子がどのような相互作用を受けてナノ空間空隙に接近・吸着するのか分子スケールで理解することが重要です。ゲスト分子と空間空隙の間に生じる相互作用力を3次元空間で直接計測する新しい先端AFM技術を開発し、ゲスト分子の吸着エネルギーに関する考察や吸着サイトの可視化を実現する基盤的計測手法を確立することを目指しています。