| Project/Area Number |
20K05623
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
浅井 誠 慶應義塾大学, グローバルリサーチインスティテュート(三田), 特任教授 (80609941)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | コロイド / ナノ粒子 / 高分子 / 自己組織化 / 分子動力学 / 結晶 / ゲル / 相転移 / ソフトマテリアル / ゆらぎ |
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| Outline of Research at the Start |
高分子ナノコンポジット材料は, 高分子の柔軟さとナノ粒子の剛性を兼ね備えた複合材料であり, 物性制御された最先端機能性材料として期待されている. そのような機能性の制御には, ナノ粒子の空間配置を高度に制御することが必要である. 本研究では, ナノ粒子に「形状ゆらぎ」という新しい概念を導入する. 「形状ゆらぎ」は, ナノ粒子表面に修飾された高分子鎖の熱ゆらぎに起因し, ナノ粒子間に複雑なエントロピー相互作用をもたらす. これによって, ナノ粒子の未知の秩序相を見出す. 形状ゆらぎが秩序化に及ぼす影響を系統的に調べた研究例はなく, 本研究は物性物理学に新しい知見をもたらすことが期待される.
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| Outline of Annual Research Achievements |
最近, 高分子の結晶化プロセス（特に結晶化速度）を制御することで, ナノ粒子の自己組織化構造をマイクロオーダにまで発展させた報告がなされた. 濃度臨界直上における超希薄ゲルのゲル化過程でナノ粒子の自己組織化を制御することで, 超軽量の導電性ゲルを作成することができるかもしれない. そこで本年度は, 高分子ゲルの構造制御の研究に取り組んだ. 注目したのは,4分岐星形高分子の一種であるTetra-PEGゲルである. Tetra-PEGゲルは，相互に結合可能な官能基を末端に持つ2 種類の4 分岐星型高分子(Tetra-PEG プレポリマ) が交互に結合することで生成される高分子ゲルであり，高い機械的強度と生体適合を備えていることから主に生体材料としての応用が期待されている．しかし, 一般的にはゲルは生体内では周辺組織の水を吸うことで膨潤し, 周辺組織を損傷する可能性がある. そのため, 浸透圧の低い超低濃度でゲルを作成する必要があるが, ゲル化濃度臨界付近でのゲル化を短時間で実現できれば,99.9%が水で構成される強靭な人工生体材料の作製が可能になる. 我々は最近, Tetra-PEGモノマー溶液にゲル化反応に寄与しない成分を大量に混ぜた系では, 予想に反してゲル化反応が急激に早くなることを偶発的に発見した.これらの機構を詳細に調べた結果, 生物学における分子クラウディングと呼ばれる効果に似た現象がゲル化過程に影響を及ぼしていることがわかった. 現在は本成果の論文化を進めている.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
想定外の新規物理現象の発見があったので, 当初予定になかった原理解明に時間を割いたが, 概ね順調に進捗することができた.
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は, 超低濃度伝導ゲルの基盤技術となりうる超希薄ゲルのゲル化過程の解明を進める. また, ゲル化過程がナノ粒子の自己組織化に与える影響を分子動力学計算によって調査する.
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