ハイドロゲルのナノ構造／機能相関の解明と超高速刺激応答ゲルの創製
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20J12727
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
西澤 佑一朗 信州大学, 総合医理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 高分子 / ラジカル重合 / コロイド / ミクロゲル / ハイドロゲル / 原子間力顕微鏡 / 反応性比 |
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| Outline of Research at the Start |
水で膨潤するハイドロゲルは、網目構造や刺激応答性を有することから分離材料やアクチュエータなどへの応用が期待されている。このような応用の実現には迅速な刺激応答性が求められるが、ゲルサイズの増大に伴う刺激応答速度の低下が課題となる。本研究では、外部刺激に対して非常に迅速な刺激応答性を示すハイドロゲル微粒子に着目し、ゲル微粒子内部および微粒子集積体の架橋構造を設計することで、高速刺激応答性ハイドロゲルの創製を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的の一つである高速応答する微粒子集積化ゲルを作成する上で、単一ゲル微粒子のナノ構造の理解と設計が重要である。今年度は、（１）架橋剤の種類がゲル微粒子のナノ構造に与える影響、（２）単一ゲル微粒子の力学特性評価、（３）コアシェルゲル微粒子の設計について調査した。
（１）ゲル微粒子を単分散な微粒子が得られる水系沈殿重合法で合成すると、主モノマーと反応性比の違いにより、コアシェル型の不均一構造が形成される。今年度は、N-イソプロピルアクリルアミドと、反応性が高いN,N’-メチレンビスアクリルアミド、または更に反応性の高いジメタクリレートから成るゲル微粒子を合成し、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）によってナノ構造を明確化した。その結果、どちらもコアシェル型の不均一構造を有するものの、ジメタクリレートで架橋したゲル微粒子の方がより顕著な不均一性を示すことが明らかとなった。
（２）高速AFM観察によりナノ構造を明確化したゲル微粒子の力学的な特徴を評価するために、高速AFMを用いたフォースカーブ計測を実施した。その結果、微粒子の内部には構造だけでなく力学的な不均一性も生じていることが明らかとなり、さらに架橋剤種によって局所の力学特性が異なることが明らかとなった。
（３）微粒子を集積化する上で、微粒子の表面構造を制御することが重要である。本年度は、シード沈殿重合法を用いて固体コアにゲルシェル層を付与する際の、モノマー・架橋剤濃度と得られるゲルシェル層の相関関係を調査した。その結果、ゲルシェル層とモノマー濃度の関係は、架橋密度によらず単一指数関数で説明できることを見いだした。更に、初年度に確立したFeed法をシード沈殿重合法へ応用することで、より厚いゲルシェル層の付与に成功した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(28 results)
