発動ナノゲルの高次集積化による自律駆動システムの創成
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
21H00392
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
鈴木 大介 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (90547019)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | ナノゲル / 自己組織化 / 微粒子材料 / 化学振動反応 / 高分子微粒子 / ゲル微粒子 / 微粒子合成 |
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| Outline of Research at the Start |
申請者が開発し、検討を続けてきた、化学反応を介してコロイド粒子の大きさや相互作用が自発的に切り替わる合成高分子ナノゲル(発動ナノゲル)を発展させ、ナノゲルを構成要素とした高次集積体に関する基礎研究を実施する。
まず、化学反応とシンクロして、ゲルが膨潤時には『球』、収縮時には『楕円』となる新規発動ナノゲルを開発する。これらの構造と機能を明確に評価し、自己組織可的手法を軸として、ナノゲル集積化を実施し、人工分子ロボットを新たに開発する。そして、既に開発が進む生体分子ロボットと比較検討を実施し、生命と人工物との類似点を見出す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
周期的な酸化還元反応を伴う化学振動反応を活用した、人工発動ナノゲルの周期的な膨潤／収縮運動を活用し、微粒子の形状を周期的に変化させることを実現し、それらを自己組織化によって集積体を形成する事によって、巨視的な異方的な運動を示す、自律駆動ソフトアクチュエーターを実現する事を目的に実験を実施してきた。
この目的を達成するために、本年度では、硬質コア／ソフトゲルシェルから成るナノゲルを集積化させ、それらを配向性を整え集積化された異方性発動ナノゲルの作成を行った。しかし、これらは予想とは反し、マクロな動きは多少示すものの、硬質コアの存在により、体積振幅が大幅に低下してしまった。また、それらのミクロスコピックな運動挙動を評価することができずにいた。そこで、可視化できる発動ゲル微粒子の合成に立ち返り検討を行った。一連の検討の結果、水系沈殿重合法において、重合初期温度と昇温速度を変化させることにより、細胞サイズの発動ゲル微粒子を得ることに成功した。その際、特に用いる架橋剤の種類（親疎水性）が大きく影響し、そのメカニズムの解明に向けた検討も実施した。このようにして得たゲル微粒子に対して、階層構造の導入や、触媒量の制御、さらには、ゲルの主成分の制御を実施し、短周期において体積振動をオンオフすることが可能であり、更に大きな振幅を生み出す材料を見出すことに成功した。
その他、異種ゲル微粒子を混合することによる微粒子集積体の構造制御や、界面における複合化ゲル微粒子の集積化による集積構造の制御を達成することに成功した。
これらを発展させることにより、申請当初には予想していなかった、より多様な運動形態を示す人工発動ナノゲル集積体の創成に繋がると考えている。
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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
(11 results)
