| Project/Area Number |
21K18980
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
Kimura Atsuomi 大阪大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (70303972)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 超偏極キセノンNMR / 超偏極キセノン生成装置の改良 / 高分子自由体積 / stopped-flow hyper-CEST / Cellulose Nanofiber / Silk Fibroin / 熱可塑性ポリウレタ ン / 新素材解析 / stopped-flow / hyper-CEST / 熱可塑性ポリウレタン / 頑強化と持続可能化 / 新生体素材開発 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、感度を飛躍的に向上させる超偏極希ガスNMR法が注目を集めている。このような状況に対し、申請者は他に類を見ない超偏極キセノン生成装置の開発に成功した。これら装置や分析法が広く社会に受け入れられ学術発展に貢献するために、今一段のブレークスルーが期待される状況にある。そこで、従来の課題であった超偏極キセノン生成装置の脆弱性・煩雑性を打ち破り、「頑強で持続可能な装置」を完成する。その上で「高分子自由体積の定量的評価法としての基本手法開拓」を行い、「生体材料開発への応用」において絹フィブロインへ適用し生体材料としての素材改良を達成し、本装置が新素材開発において重要な役割を果たし得ることを実証する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In order to develop new methodology for the determination of free volume in polymers, our recirculating hyperpolarized 129Xe production system is improved for robustness and sustainability and NMR basic techniques are exploited. Our new methodology, which incorporated hyper-CEST method after the introduction of stopped-flow and subtraction modes, has succeeded in detecting the hidden signal which is impossible to observe because of the low SN ratio in the ordinary hyperpolarized 129Xe NMR spectra. The new methodology has been successfully applied to new biomaterials such as cellulose nanofiber and silk fibroin together with the standard sample of thermoplastic polyurethane. From the analysis of detailed saturation frequency dependence, the chemical shifts of hidden signals are successfully determined to give reasonable values for the size of free volume in cellulose nanofiber and silk fibroin. Application on thermoplastic polyurethane also supported our methodology.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
頑強で持続可能な超偏極キセノン装置の開発により当該装置の脆弱性と煩雑性が解決され、近年急騰する希ガス原料消費量の大幅削減が実現し、超偏極装置の汎用化と普及への基盤が整い、今後、学術的に大きな発展が期待できる。
高分子の自由体積は強度・軽量度・柔軟性・保温性からガス等の透過性・触媒能など幅広い物性や機能に重要である。本研究の成果は、NMRにより簡便に汎用的に自由体積を評価する基礎技術を提案するものであり、今後、高分子の繊維・フイルム・樹脂等はじめ、医療用・ナノテク・エネルギー関連の複合材料等において、新素材開発の強力な基盤技術が構築でき、「もの造り」に関連する学術分野の新発展につながる。
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