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散乱法と顕微鏡法を駆使した高分子鎖・ヒドロゲル微粒子の環境応答性の評価

Research Project

Project/Area Number 17J05706
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Polymer chemistry
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

松井 秀介  信州大学, 総合工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsヒドロゲル微粒子 / 環境応答性 / 動的光散乱法 / 高速原子間力顕微鏡法 / 高速原子間力顕微鏡 / 吸着挙動
Outline of Annual Research Achievements

1.動的光散乱法と高速原子間力顕微鏡法によるヒドロゲル微粒子の環境応答挙動の評価
本研究の主な目的である、ヒドロゲル微粒子が外部環境変化に対して動的に応答する挙動に注目し、各種評価を行った。特に、動的光散乱法によりゲル微粒子の液中分散状態かつ平衡状態における流体力学的直径と、高速原子間力顕微鏡による動的かつナノスケールの可視化を組み合わせる事で、現象を多角的に評価した。昇温に伴い、ゲル微粒子の最大高さが温度変化に追従して減少していき、流体力学的直径の変化と類似した挙動を示した事から、ゲル微粒子個々の迅速な環境応答性を反映した結果が得られたと考えられる。この時、注目すべき点として、ゲル微粒子上に不均一な球状のドメイン構造が体積相転移温度以下から見られ、それらが微粒子が大きく脱水和する高温時においても存在し続ける事が明らかになった。本成果は、学術論文に掲載された。
2.高速拍動機能を有する自律駆動ゲル微粒子の創製と振動挙動の評価
従来の環境応答性ゲル微粒子とは異なり、微粒子内部で生起される周期的な酸化還元振動反応に応答し、自ら体積や集合状態を変化させるゲル微粒子の機能向上を検討した。従来の微粒子では、微粒子が脱水和し疎水的となる高温条件下では、微粒子間の不可逆的な凝集が生じ、反応温度に支配的な振動周期を短縮する事が困難であった。そこで、微粒子の分散安定性を向上させ、高温での振動反応を生起させるため、親水性のアクリルアミドモノマーを共重合し、微粒子の臨界凝集温度の観点から化学構造の最適化を行った。振動周期の温度依存性を調査した所、従来よりも高温において振動反応を生起させる事ができ、振動周期が大幅に短縮し、数秒オーダーでの振動反応を実現できた。更に、当微粒子を集積化させる事で、体積振動振幅を保持しながら、高速で拍動するマクロゲルを構築する事ができた。本成果は、学術論文として受理された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (39 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (31 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Autonomously Oscillating Hydrogel Microspheres with High-Frequency Swelling/deswelling and Dispersing/flocculating Oscillations2019

    • Author(s)
      Shusuke Matsui, Kohei Inui, Yuki Kumai, Ryo Yoshida, Daisuke Suzuki
    • Journal Title

      ACS Biomaterials Science & Engineering

      Volume: - Issue: 11 Pages: 5615-5622

    • DOI

      10.1021/acsbiomaterials.8b00850

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Monitoring Thermoresponsive Morphological Changes in Individual Hydrogel Microspheres2018

    • Author(s)
      Matsui Shusuke、Nishizawa Yuichiro、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 3 Issue: 9 Pages: 10836-10842

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b01770

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Deformation of Hydrogel Microspheres at the Air/Water Interface2018

    • Author(s)
      Haruka Minato, Masaki Murai, Takumi Watanabe, Shusuke Matsui, Masaya Takizawa, Takuma Kureha*, Daisuke Suzuki*
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 54 Issue: 8 Pages: 932-935

    • DOI

      10.1039/c7cc09603h

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-organization of Soft Hydrogel Microspheres during the Evaporation of Aqueous Droplets2018

    • Author(s)
      Masaya Takizawa, Yuka Sazuka, Koji Horigome, Yuki Sakurai, Shusuke Matsui, Haruka Minato, Takuma Kureha, Daisuke Suzuki*
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 34 Issue: 15 Pages: 4515-4525

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.8b00230

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Water-immiscible bioinert coatings and film formation from aqueous dispersions of poly(2-methoxyethyl acrylate)microspheres2017

    • Author(s)
      Takuma Kureha, Seina Hiroshige, Shusuke Matsui and Daisuke Suzuki
    • Journal Title

      Colloids and Surfaces B: Biointerfaces

      Volume: 155 Pages: 166-172

    • DOI

      10.1016/j.colsurfb.2017.04.001

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Fast Adsorption of Soft Hydrogel Microspheres on Solid Surfaces in Aqueous Solution2017

    • Author(s)
      Matsui Shusuke、Kureha Takuma、Hiroshige Seina、Shibata Mikihiro、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition (Communication)

      Volume: 56 Issue: 40 Pages: 12146-12149

    • DOI

      10.1002/anie.201705808

    • NAID

      120006377474

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ハイドロゲル微粒子の水中基板上における動的挙動の可視化2019

    • Author(s)
      松井秀介、内橋貴之、鈴木大介
    • Organizer
      第30回高分子ゲル研究討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡による基板上におけるハイドロゲル微粒子の動的可視化2018

    • Author(s)
      鈴木大介、松井秀介、蓬生健介、内橋貴之
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      第67回高分子学会年次大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Belousov-Zhabotinsky反応に対するハイドロゲル微粒子の効果2018

    • Author(s)
      石川圭人、乾滉平、渡邊拓巳、松井秀介、鈴木大介
    • Organizer
      第67回高分子学会年次大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 界面活性剤添加時のハイドロゲル微粒子の膨潤ダイナミクス2018

    • Author(s)
      西澤佑一朗、松井秀介、渡辺大輝、内橋貴之、鈴木大介
    • Organizer
      第67回高分子討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的な秩序機能を示すハイドロゲル微粒子の振動周期制御2018

    • Author(s)
      乾滉平、松井秀介、吉田亮、鈴木大介
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      第69回コロイドおよび界面化学討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 界面活性剤と相互作用するハイドロゲル微粒子の動的な膨潤挙動評価2018

    • Author(s)
      西澤佑一朗、松井秀介、渡辺大輝、内橋貴之、鈴木大介
    • Organizer
      第69回コロイドおよび界面化学討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ハイドロゲル微粒子の刺激応答速度の検討2018

    • Author(s)
      西澤佑一朗、松井秀介、渡辺大輝、内橋貴之、鈴木大介
    • Organizer
      第20回高分子ミクロスフェア討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速AFMによるハイドロゲル微粒子のタンパク質吸着挙動の動的可視化2018

    • Author(s)
      松井秀介、蓬生健介、内橋貴之、鈴木大介
    • Organizer
      第28回日本MRS年次大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速AFMによるハイドロゲル微粒子の刺激応答挙動の評価2018

    • Author(s)
      松井秀介、西澤佑一朗、内橋貴之、鈴木大介
    • Organizer
      第28回日本MRS年次大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ハイドロゲル微粒子存在下でのBelousov-Zhabotinsky反応の時空間パターン変化2018

    • Author(s)
      石川圭人、乾滉平、渡邊拓巳、松井秀介、鈴木大介
    • Organizer
      第67回高分子学会年次大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] High-Speed AFM Reveals the Detailed Mechanism of Dynamic Protein Adsorption onto Individual Hydrogel Microspheres2018

    • Author(s)
      Shusuke Matsui, Kensuke Hosho, Takayuki Uchihashi, Daisuke Suzuki
    • Organizer
      Gel Symposium 2018
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Real-Time Volume changes in Individual Hydrogel Microspheres Observed by High-Speed AFM2018

    • Author(s)
      Shusuke Matsui, Takayuki Uchihashi, Daisuke Suzuki
    • Organizer
      Gel Symposium 2018
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ゲル微粒子の可視化による膨潤挙動評価2018

    • Author(s)
      西澤佑一朗、松井秀介、渡辺大輝、内橋貴之、鈴木大介
    • Organizer
      平成30年度高分子ゲル研究会ゲルワークショップ
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速拍動アクチュエータの創製を目指したゲル微粒子の集積化2018

    • Author(s)
      乾滉平、松井秀介、熊井有希、吉田亮、鈴木大介
    • Organizer
      第69回コロイドおよび界面化学討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 化学振動反応に同期応答するハイドロゲル微粒子の振動挙動制御2018

    • Author(s)
      乾滉平、松井秀介、渡邊拓巳、吉田亮、鈴木大介
    • Organizer
      第12回超分子若手懇談会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Adsorption Dynamics of Soft Polymeric Colloidal Microspheres on Solid/Liquid Interface2018

    • Author(s)
      Shusuke Matsui, Takayuki Uchihashi, Daisuke Suzuki
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High-Speed AFM Reveals Detail Understanding in Adsorption of Soft Hydrogel Microspheres onto Solid Substrate in Aqueous Solution2018

    • Author(s)
      Shusuke Matsui, Takayuki Uchihashi, Daisuke Suzuki
    • Organizer
      255th ACS National Meeting
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Real-Time Adsorption Behavior of Hydrogel Microspheres onto Solid/Liquid Interface2018

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      Shusuke Matsui, Takayuki Uchihashi, Daisuke Suzuki
    • Organizer
      255th ACS National Meeting
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 血液適合性ポリ(2-メトキシエチルアクリレート)複合ゲル微粒子の特異的な分子分離機能2017

    • Author(s)
      呉羽拓真、広重聖奈、松井秀介、鈴木大介
    • Organizer
      第66回高分子学会年次大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 完全水系原子移動ラジカル重合を基盤とする水溶性直鎖ポリマーと微粒子の構造制御2017

    • Author(s)
      西澤佑一朗、呉羽拓真、松井秀介、鈴木大介
    • Organizer
      66回高分子学会年次大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡による高分子微粒子の固体表面への吸着挙動のリアルタイム評価2017

    • Author(s)
      松井秀介、呉羽拓真、広重聖奈、柴田幹大、内橋貴之、鈴木大介
    • Organizer
      第68回コロイドおよび界面化学討論会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 水系制御重合を用いた直鎖高分子および微粒子合成2017

    • Author(s)
      西澤佑一朗、呉羽拓真、松井秀介、鈴木大介
    • Organizer
      第66回高分子討論会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 時計タンパク質様集合挙動を示す人工微粒子の創製2017

    • Author(s)
      乾滉平、松井秀介、鈴木大介
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      新学術領域研究「動的秩序と機能」第4回若手研究会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 生体不活性な難水溶性ポリマー複合ヒドロゲル微粒子の選択的な低分子内包挙動2017

    • Author(s)
      呉羽拓真、広重聖奈、松井秀介、鈴木大介
    • Organizer
      第66回高分子学会年次大会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 完全水系原子移動ラジカル重合を用いたナノ粒子合成2017

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      西澤佑一朗、呉羽拓真、松井秀介、鈴木大介
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      第66回高分子学会年次大会
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  • [Presentation] 時空間構造を示すミクロゲルソームの構築2017

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      乾滉平、松井秀介、湊遥香、鈴木大介
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      第63回湘北地区懇話会
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  • [Presentation] 高分子コロイド微粒子の変形能が固/液界面への吸着挙動に与える影響2017

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      松井秀介、呉羽拓真、広重聖奈、柴田幹大、内橋貴之、鈴木大介
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      第68回コロイドおよび界面化学討論会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 水溶媒中の原子移動ラジカル重合による微粒子の構造制御2017

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      西澤佑一朗、呉羽拓真、松井秀介、鈴木大介
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      第66回高分子討論会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 高分子微粒子の分子分離機能と微粒子構造の相関2017

    • Author(s)
      西澤佑一朗、呉羽拓真、松井秀介、鈴木大介
    • Organizer
      平成29年度高分子ゲル研究会ゲルワークショップ
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ヒドロゲル微粒子集積化による細胞システムの人工構築2017

    • Author(s)
      乾滉平、松井秀介、鈴木大介
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      「細胞を創る」研究会 10.0
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的な空間・時間秩序構造を示す人工微粒子の創製2017

    • Author(s)
      乾滉平、松井秀介、鈴木大介
    • Organizer
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第4回若手研究会
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      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] SUZUKI Daisuke Lab

    • URL

      https://suzukilab.wixsite.com/dsuzuki/publications

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 細胞機能体及びその製造方法2017

    • Inventor(s)
      鈴木大介、乾滉平、松井秀介、湊遥香
    • Industrial Property Rights Holder
      信州大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-117591
    • Filing Date
      2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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