Establishment of a framework for self-evolving materials through mechanical training
| Project/Area Number |
22H00327
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
グン 剣萍 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (20250417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
印出井 努 北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (30420409)
野々山 貴行 北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (50709251)
キング ダニエル 北海道大学, 先端生命科学研究院, 助教 (50794583)
中島 祐 北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (80574350)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥42,380,000 (Direct Cost: ¥32,600,000、Indirect Cost: ¥9,780,000)
Fiscal Year 2022: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
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| Keywords | 自己進化材料 / ダブルネットワークゲル / 開放系 / 構造更新 / 動的材料 |
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| Outline of Research at the Start |
生物は、外部から栄養を取り入れ、内部構造の破壊と再形成を繰り返す「新陳代謝」によって構造を更新し、機能を成長させる。例えば骨格筋は、高負荷運動をすると、外界から取り込んだ栄養を用いてより強く、大きく作り替えられ、機能が成長する。本研究では、この生物（特に骨格筋）の新陳代謝に範を得て、力学トレーニングをトリガーとした構造更新によって成長する「自己進化材料」を創出する。具体的には、成長の基盤となる動的・開放系材料「Stem材料」の内部構造を、外界から取り込んだ原料分子を用いた破壊・再形成反応によって別構造に「更新」することで、材料の多様な力学的・形態的・機能的成長を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
基礎研究班と機能開拓班によるチームを編成し、お互いの成果をフィードバックしながら自己進化材料の基礎研究・機能開拓を行った。基礎研究班においては、力学負荷を受けたダブルネットワークゲル内部における高分子重合反応（再形成素過程）の速度論的検討を行った。高速スキャン近赤外分光光度計を用いて重合速度を測定した結果、本系における生長反応速度定数・停止反応速度定数は一般的な溶液中でのフリーラジカル重合に比べて著しく小さいこと、また系内に存在するラジカルの寿命が極めて長く、少なくとも数分以上に及ぶことが示唆された。これは、発生したラジカルが全てゲル網目の末端に固定されているためにラジカル同士が出会う可能性が極めて低いこと、また密なゲル網目が存在するために拡散が極めて遅いことなどによるものと考えられ、本系の特殊な重合環境を反映したものと言える。機能開拓班においては、本技術を用いてダブルネットワークゲルを様々な形状に加工することに成功した。例えば複数枚のゲルを強固に接着させる技術を開発した。具体的には、モノマー・架橋剤を導入したダブルネットワークゲルを複数枚重ねて圧縮することで、新たな高分子網目がゲルを縫い合わせるように合成され、ゲル同士が強く結合した。また、モノマー・架橋剤を含んだダブルネットワークゲルをブロー成型することに成功した。これは、本ゲルがブローによって大変形した際にメカノラジカル重合が生じて新たな高分子網目が生じ、その弾性によって変形状態の形状が固定化されたためである。これら多様な加工技術の開発により、シート状のDNゲルを任意の形状に成形する道筋が見いだされた。
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| Research Progress Status |
令和4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4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
(4 results)
