• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Actuation of Smart Gel Directionally Crawling on an Electrode Surface by Biomimetic Mechanisms

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion
Project/Area Number 21H00407
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionNagasaki University

Principal Investigator

相樂 隆正  長崎大学, 工学研究科, 教授 (20192594)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
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)
Keywordsハイドロゲル / スマートゲル / 電気化学発動系 / 酸化還元 / ビオロゲン / 急速収縮伸長 / 這動 / 静電相互作用 / スマートハイドロゲル / 人工的仮足運動 / 這動並進運動 / 電極表面
Outline of Research at the Start

生物にならって、電極上で這い動く人工のソフトマター(ハイドロゲル)を創製することを目標とする研究です。これまでに私たちは、ソフトマターとして、酸化還元活性種であるビオロゲンを側鎖に多数持つポリマーを架橋したハイドロゲルを合成し、酸化還元(電子の出し入れ)による収縮を検討してきました。還元して電子を与えると、100秒で元の体積の8%まで収縮する動きを達成しました。
この研究では、電子の出し入れを格段に加速・高効率化して、収縮と再膨張の両方向の速い変化を達成します。さらに改良したソフトマターに様々な仕組みを導入し、水中の固体表面上を一方向に移動させることを目指します。

Outline of Annual Research Achievements

還元反応で大きく収縮、酸化反応で膨張するビオロゲン誘導体修飾ハイドロゲルを対象にした研究と、電極上を並進運動するスマートゲルの脚となるべき電極/ソフトマテリアルの界面の付着と剥離及びそれを制御するための電極側の酸還元活性超薄膜の理想化の研究を推進した。総じて、これら人工的に合成した分子集合体の大きな変形を、一様な環境下での「並進運動」へと変えていくことためには多くの課題が残ったが、新しい方向性も見い出せた。つまり、電極表面とソフトマテリアルを接触させ、電位制御下で剥離させるのに必要な法線方向の張力を測定する機構を設計した。現時点では必要な張力の変化を得るには至っていないが、ターゲットにする系を絞り込むこと、またその結果をゲルの仮足運動実現に応用する見通しを得ることはできた。
・フェロセンを末端に持つSAMを金電極上に被覆し、その表面に押し付けた、あるいはその表面にキャストして合成したポリマー膜がもつスルホン基が、フェロセンが酸化したときの対アニオンとして機能することを見出した。この時、ポリマーがパーフルオロ鎖であることの効果をアルキル鎖を持つ分子を用いた対象実験で明らかにした。
・裸のAu(111)電極表面上で、表面がスルホン化されたラテックスビーズが起こす電位に依存した吸脱着に加え、変形によると推定できる応答を見出した。上述した並進ゲルの脚として、裸の電極であってもスイッチングが可能であることが示唆された。
・フェロセンの代わりに、電極上SAMにもビオロゲンを導入してその酸化状態スイッチングで並進させることを狙い、様々なビオロゲン単分子修飾膜の物性を検討した。例えば、ビオロゲン分子内にアニオンサイトを直結する効果を明らかにし、ビオロゲン-アニオンサイトの相互作用も並進ゲルの脚の制御原理として応用可能である示唆を得た。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Anion-dominated Redox Reaction of a SAM of an Alkylthiolated Viologen Bearing a Covalently-attached Intramolecular Sulfonate Group on a Gold Electrode2022

    • Author(s)
      Toyohara Masaki、Sagara Takamasa
    • Journal Title

      Electrochemistry

      Volume: 90 Issue: 11 Pages: 117004-117004

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.22-00099

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • Year and Date
      2022-11-17
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Comparison between polycrystalline Au and single-crystalline Au(1 1 1) electrodes as the substrate of a cationic organic monolayer based on their anion dependent redox activities2022

    • Author(s)
      Sagara Takamasa、Toyohara Masaki
    • Journal Title

      Journal of Electroanalytical Chemistry

      Volume: 919 Pages: 116514-116514

    • DOI

      10.1016/j.jelechem.2022.116514

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Binding of Sulfate-Terminated Surfactants with Different Alkyl Chain Lengths to Viologen Sites Covalently Embedded in the Interior of a Self-Assembled Monolayer on a Au Electrode2022

    • Author(s)
      Sagara Takamasa、Hagi Youichi、Toyohara Masaki
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 38 Issue: 3 Pages: 979-986

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c02376

    • NAID

      120007188584

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Redox of Viologen for Powering and Coloring2021

    • Author(s)
      Sagara Takamasa、Tahara Hironobu
    • Journal Title

      The Chemical Record

      Volume: 21 Issue: 9 Pages: 2375-2388

    • DOI

      10.1002/tcr.202100082

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 銀ナノワイヤーを組み込んだビオロゲンペンダント高分子ハイドロゲルの電気化学特性2022

    • Author(s)
      小田明日香、相樂隆正
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同九州大会、EC-4-024、北九州国際会議場(北九州市)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Au電極上フェロセンSAMとスルホネート基を持つイオン種との相互作用2022

    • Author(s)
      松岡大地、相樂隆正
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同九州大会、EC-4-0028、北九州国際会議場(北九州市)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 電位制御下のAu(111)表面のベンゼンスルホネート基を持つ分子の吸脱着2022

    • Author(s)
      牟田光太朗、相樂隆正
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同九州大会、EC-4-0028、北九州国際会議場(北九州市)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrochemistry for Powering Molecules and Soft-Matters2022

    • Author(s)
      Takamasa Sagara
    • Organizer
      Two Days International Webinar on Recent Advances in Chemical Sciences (RACS-2k22)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 様々な反応場におけるビオロゲン部位のミクロ環境や配向に依存した酸化還元応答2022

    • Author(s)
      相樂 隆正、豊原 将己、大内 美里、小田 明日香、中居 沙映
    • Organizer
      2022年電気化学秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Potential Dependent Adsorption and Adhesion of Small Molecules and Macro Soft-Materials Possessing Sulfonate Groups2022

    • Author(s)
      Takamasa Sagara, Daich Matsuoka, Koutaro Muta
    • Organizer
      73th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電極上でソフトマターを動かす挑戦:ナノ制御するマクロな運動2022

    • Author(s)
      相樂隆正
    • Organizer
      長崎県工業技術センター研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Au 電極上フェロセン末端自己集合単分子膜とスルホネート基またはパーフルオロ鎖を持つイオン種との水溶液中における相互作用2022

    • Author(s)
      松岡大地、相樂隆正
    • Organizer
      第68回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ITO 電極/シロキサン膜/ビオロゲン系の単分子膜構造の制御と酸化還元挙動2022

    • Author(s)
      中居沙映、相樂隆正
    • Organizer
      第68回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 二本のアルキル長鎖を持つビオロゲン分子付着膜及びビオロゲンチオール誘導体SAMの電極反応2022

    • Author(s)
      相樂隆正、大内美里、豊原将己
    • Organizer
      電気化学会第90回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] シロキサン基礎膜を修飾したITO電極へのビオロゲンの固定化と酸化還元挙動2022

    • Author(s)
      中居沙映、相樂隆正
    • Organizer
      電気化学会第90回大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] スルホネート基をもつ小分子や高分子の裸および修飾Au電極への吸着と付着2022

    • Author(s)
      相樂隆正、松岡大地、牟田光太朗
    • Organizer
      電気化学会第89回大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Quick contraction of hydrogel in water and on an electrode surface driven by reduction of pendant viologens in the gel2021

    • Author(s)
      Takamasa Sagara, Bo Wang, Hironobu Tahara
    • Organizer
      Pachifichem2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Voltammetric and spectroelectrochemical characterization of dynamic behavior of soft matters on electrode surfaces2021

    • Author(s)
      Takamasa Sagara, Bo Wang, Tetsuro Morooka
    • Organizer
      Pachifichem2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ビオロゲンの酸化還元で分子やヒドロゲルを駆動する2021

    • Author(s)
      相樂隆正
    • Organizer
      令和3年度高分子学会九州支部特別講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ポリ-L-Lysベースのビオロゲンペンダント高分子ヒドロゲルの電気化学2021

    • Author(s)
      森下輪太郎、王 博、相樂隆正
    • Organizer
      第67回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化還元挙動に溶液中およびフィルム状のポリアニオンは小さなアニオンとどのように異なる作用をするのか?2021

    • Author(s)
      松岡大地、相樂隆正
    • Organizer
      第67回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on Redox Deformation and Electrochemistry of Viologen-Pendant Polymer Hydrogel for Quick Actuation2021

    • Author(s)
      Takamasa Sagara, Bo Wang, Rintaro Morishta, Hironobu Tahara
    • Organizer
      72th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スルホン基を持つ小分子からイオノマーがフェロセンSAMの酸化還元挙動に与える効果2021

    • Author(s)
      松岡大地、相樂隆正
    • Organizer
      第58回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Au(111)単結晶電極上へのポリスチレンスルホン酸イオンの電位に依存した吸脱着2021

    • Author(s)
      牟田光太朗、相樂隆正
    • Organizer
      第58回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2023-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi