水分解反応を駆動力として自走する高分子マイクロチューブモーターの合成

Research Project

Project/Area Number	21K14685
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 35020:Polymer materials-related
Research Institution	Chuo University
Principal Investigator	加藤遼中央大学, 理工学部, 助教 (40801189)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords	マイクロチューブ / 光重合 / 自走能 / 光触媒
Outline of Research at the Start	本研究は、多孔性ポリカーボネイト膜の細孔を鋳型とした光重合により高分子マイクロチューブを合成し、その内孔壁に光触媒を吸着させることで、水素・酸素バブルを噴射して自走するマイクロチューブモーターに機能化することを目的としている。得られるマイクロチューブは生体適合性や生分解性にも優れている。光触媒による水分解反応を駆動原理としており、水を燃料源として自走する（自身の力で動く）マイクロチューブの初めての例である。従来必要とされてきた過酸化水素などの添加物が不要なため、新たなバイオセンサーや免疫学的測定の開発につながると期待している。
Outline of Annual Research Achievements	自走する（自身の動力で動く）マイクロチューブモーターが、バイオメディカルやマイクロロボティクス分野において大きな注目を集めている。本研究は、多孔性ポリカーボネイト膜を用いた鋳型内光ラジカル重合により、均質な高分子マイクロチューブを合成し、それを“水分解反応で自走するマイクロチューブモーター”として完成することを目的としている。本年度は、“鋳型内光ラジカル重合法”により合成した高分子マイクロチューブの内孔表面に光触媒を固定し、令和４年度の目標であった光触媒修飾高分子マイクロチューブを合成した。具体的には、架橋重合された高分子マイクロチューブの内孔表面に接着層としてポリ(L-アルギニン)を修飾することで、光触媒である酸化チタンナノ粒子を密度高く内孔表面に吸着・固定した。得られたチューブの構造は走査型電子顕微鏡（FE-SEM）、透過型電子顕微鏡（TEM）、動的光散乱法（DLS）により定量的に評価した。また、外表面をポリ(L-アルギニン)で修飾した高分子マイクロチューブを前駆体とし、外表面に酸化チタンナノ粒子、内孔表面に白金ナノ粒子を修飾した光触媒/白金マイクロチューブの合成にも成功した。このマイクロチューブは過酸化水素水溶液中で酸素バブルを噴出しながら自走した。さらに、光触媒/白金マイクロチューブは光照射下でメチレンブルーやアゾ基を有するオレンジⅡなどの有機色素を効率よく分解し、自己攪拌型の光触媒として機能することが実証された。