環境に応答して自己組織化する水圏機能ポリマーミセル材料の創成

• Project Area: Aquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions
• Project/Area Number: 22H04539
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 寺島 崇矢 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70452274)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: ポリマーミセル / 両親媒性ランダム共重合体 / 自己組織化 / セルフソーティング / 環境応答性 / ハイドロゲル

Outline of Research at the Start

本研究では、両親媒性高分子・ランダム共重合体が水中で自己組織化して形成するミセルを「水圏機能材料」と定義し、異なるポリマーが共存する状況下において、刺激や環境に応答して選択的にセルフソーティング(同じポリマー同士で会合)または共自己組織化（異なるポリマー同士で会合）するミセルを創出する。さらに、環境や刺激によりセルフソーティングと共自己組織化を可逆的に制御する手法を確立し、この特性を生かして、ミセルを架橋点に用いた自己修復性/選択的接着性ハイドロゲルを創出する。このように、両親媒性高分子を用いて水環境に応答してセルフソーティングや共自己組織化を実現する分子集合体の設計と材料構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、水のある環境で精密に自己組織化し、その環境の変化に応答する両親媒性高分子やミセルなどの分子集合体を用いた水圏機能材料を創出した。まず、複雑環境で精密に自己組織化（セルフソーティング）するミセルを創出するとともに、ミセルの動的挙動の解明や水和量の評価を行った。さらに、ミセルを架橋点に用いた自己修復性/選択的接着性ハイドロゲルや水を含むナノ構造材料の創出へと展開した。カチオン性共重合体とポリエチレングリコール（PEG）鎖をもつ共重合体の２成分混合系の自己組織化を検討し、カチオン性共重合体は、疎水性基をある一定量以上導入したPEG系共重合体と水中で共自己組織化して融合ミセルを形成し、塩を含む水中ではこの融合ミセルがカチオン性ミセルとPEGミセルへと分離することを見出した。組成分布のない両親媒性交互共重合は、水中で単分散ミセルを形成し、そのサイズ分布は従来型のランダム共重合体ミセルよりも狭くなった。このように、組成分布の低減によりミセルの精密化に成功した。また、テラヘルツ分光法により温度応答性PEG系共重合体ミセルの水和量を評価したところ、ミセルの水和量の減少とともに曇点が低くなることがわかった。さらに、動的な会合挙動を示すランダム共重合体ミセルを架橋点に用い、自己修復性と選択的な接着性を示すハイドロゲルを創出した。両親媒性高分子・ランダム共重合体は、精密なミセルを形成するのみならず、バルク状で水蒸気アニール処理をすると、側鎖の相分離により5 nm以下のドメイン間隔をもつラメラ構造を形成することを見出し、水が親水性層にインターカレーションしたラメラ構造ポリマー材料の創出にも成功した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Lamellar Microphase Separation and Phase Transition of Hydrogen-Bonding/Crystalline Statistical Copolymers: Amide Functionalization at the Interface (2024)
  • Author(s): Ikami Takaya、Aoki Hiroyuki、Terashima Takaya
  • Journal Title: ACS Macro Letters Volume: 13 Issue: 4 Pages: 446-452
  • DOI: 10.1021/acsmacrolett.3c00743
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic Exchange of Amphiphilic Random Copolymers between Micelles in Water: Kinetics and Mechanism Analyzed by TR-SANS (2023)
  • Author(s): Hibino Masayuki、Takata Shin-ichi、Hiroi Kosuke、Aoki Hiroyuki、Terashima Takaya
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 56 Issue: 8 Pages: 2955-2964
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.2c02408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Micelle‐crosslinked hydrogels with stretchable, self‐healing, and selectively adhesive properties: Random copolymers work as dynamic yet self‐sorting domains (2023)
  • Author(s): Asai Hiroaki、Shibata Motoki、Takenaka Mikihito、Takata Shinichi、Hiroi Kosuke、Ouchi Makoto、Terashima Takaya
  • Journal Title: Aggregate Volume: 4 Issue: 3 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1002/agt2.316
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Self-Assembly of Amphiphilic Alternating Copolymers by Chain Folding in Water: From Uniform Composition and Sequence to Monodisperse Micelles (2023)
  • Author(s): Kono Hiroyuki、Hibino Masayuki、Ida Daichi、Ouchi Makoto、Terashima Takaya
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 56 Issue: 15 Pages: 6086-6098
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.3c00649
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydration State on Poly(ethylene glycol)-Bearing Homopolymers and Random Copolymer Micelles: In Relation to the Thermoresponsive Property and Micellar Structure (2023)
  • Author(s): Mafumi Hishida, Rikuto Kanno, Takaya Terashima
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 56 Issue: 18 Pages: 7587-7596
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.3c00930
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microphase Separation of Cationic Homopolymers Bearing Alkyl Ammonium Salts into Sub-4 nm Lamellar Materials with Water Intercalation Channels (2023)
  • Author(s): Sujita Ryota、Imai Sahori、Ouchi Makoto、Aoki Hiroyuki、Terashima Takaya
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 56 Issue: 23 Pages: 9738-9749
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.3c01722
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-assembly and salt-induced thermoresponsive properties of amphiphilic PEG/cation random terpolymers in water (2023)
  • Author(s): Kanno Rikuto、Ouchi Makoto、Terashima Takaya
  • Journal Title: Polymer Chemistry Volume: 14 Issue: 15 Pages: 1718-1726
  • DOI: 10.1039/d3py00013c
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reversible Co-Self-Assembly and Self-Sorting Systems of Polymer Micelles in Water: Polymers Switch Association Partners in Response to Salts (2022)
  • Author(s): Kanno Rikuto、Tanaka Kei、Ikami Takaya、Ouchi Makoto、Terashima Takaya
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 55 Issue: 12 Pages: 5213-5221
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.2c00766
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Water-Assisted Microphase Separation of Cationic Random Copolymers into Sub-5 nm Lamellar Materials and Thin Films (2022)
  • Author(s): Imai Sahori、Arakawa Masato、Nakanishi Yohei、Takenaka Mikihito、Aoki Hiroyuki、Ouchi Makoto、Terashima Takaya
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 55 Issue: 20 Pages: 9113-9125
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.2c01287
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Controlled Self-Assembly and Self-Sorting Systems of Amphiphilic Polymers: Discovery and New Stage by Random Copolymers (2023)
  • Author(s): Takaya Terashima
  • Organizer: 2023 International Polymer Colloid Group (IPCG) Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Self-Assembly of Amphiphilic Polymers: Design Strategy to Build Precision Nanostructures (2023)
  • Author(s): Takaya Terashima
  • Organizer: The 13th SPSJ International Polymer Conference (IPC2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 両親媒性ランダム共重合体の精密自己組織化と材料創成 (2023)
  • Author(s): 寺島崇矢
  • Organizer: 第74回コロイドおよび界面化学討論会
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性ランダム共重合体が拓く精密自己組織化 (2023)
  • Author(s): 寺島崇矢
  • Organizer: 関東高分子若手研究会2023ミニシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性高分子の自己組織化によるナノ構造制御材料”, 第32回ポリマー材料フォーラム (2023)
  • Author(s): 寺島崇矢
  • Organizer: 第32回ポリマー材料フォーラム
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性高分子の自己組織化と界面制御：精密ミセルと微細ミクロ相分離材料 (2023)
  • Author(s): 寺島崇矢
  • Organizer: 関西若手高分子セミナー（高分子学会関西支部）
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性高分子の精密合成と自己組織化制御 (2023)
  • Author(s): 寺島崇矢
  • Organizer: 第72回高分子年次大会
  • Invited
• [Presentation] 高延伸性と接着性をもつミセル架橋ハイドロゲル：ランダム共重合体の自己組織化がもたらす特性 (2023)
  • Author(s): 寺島崇矢・浅井啓彰
  • Organizer: 第72回高分子年次大会
• [Presentation] 両親媒性交互共重合体の自己組織化による精密ミセル構築 (2023)
  • Author(s): 河野 博之・井田 大地・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第72回高分子年次大会
• [Presentation] PEG/カチオン三元ランダム共重合体ミセル: 水中で塩に誘起される温度応答性とゲル化 (2023)
  • Author(s): 菅野陸童・大内誠・寺島崇矢
  • Organizer: 第72回高分子年次大会
• [Presentation] カチオン/アルキル側鎖高分子の設計とミクロ相分離：水による構造誘起とモルフォロジー制御 (2023)
  • Author(s): 筋田 涼太・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第72回高分子年次大会
• [Presentation] アクリル酸塩系ランダム共重合体の設計と吸湿によるミクロ相分離 (2023)
  • Author(s): 堀池優貴・浅井啓彰・大内誠・寺島崇矢
  • Organizer: 第72回高分子年次大会
• [Presentation] シアノ基を側鎖に含む水素結合性ランダム共重合体の熱物性とミクロ相分離 (2023)
  • Author(s): 井口 堅志朗・菅野 陸童・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第72回高分子年次大会
• [Presentation] 両親媒性ランダム・交互共重合体ミセルの鎖交換挙動 (2023)
  • Author(s): 寺島 崇矢・菅野 陸童・河野 博之
  • Organizer: 第72回高分子討論会
• [Presentation] 精密かつ動的に自己組織化する両親媒性交互共重合体ミセル (2023)
  • Author(s): 河野博之・大内誠・寺島崇矢
  • Organizer: 第72回高分子討論会
• [Presentation] カチオン/アルキル側鎖高分子の精密合成とミクロ相分離構造制御 (2023)
  • Author(s): 筋田 涼太・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第72回高分子討論会
• [Presentation] PEG/カチオンランダム共重合体ミセル水溶液の温度応答性とゲル化：組成と塩による制御 (2023)
  • Author(s): 菅野 陸童・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第72回高分子討論会
• [Presentation] 長い親水性側鎖を有する両親媒性高分子の水溶液中でのミセル構造 (2023)
  • Author(s): 佐藤尚弘・寺島崇矢
  • Organizer: 第72回高分子討論会
• [Presentation] シアノ基と水素結合性アミド基を含む統計共重合体のミクロ相分離：熱物性と階層構造の相関 (2023)
  • Author(s): 井口 堅志朗・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第72回高分子討論会
• [Presentation] アクリル酸塩系ランダム共重合体のミクロ相分離：吸湿による構造誘起と制御 (2023)
  • Author(s): 堀池優貴・大内誠・寺島崇矢
  • Organizer: 第72回高分子討論会
• [Presentation] シアノ基と水素結合性アミド基を側鎖にもつ統計的共重合体：熱物性とミクロ相分離 (2023)
  • Author(s): 井口堅志朗・大内誠・寺島崇矢
  • Organizer: 第13回CSJ化学フェスタ2023
• [Presentation] アクリル酸塩ランダム共重合体のミクロ相分離：吸湿による微細ラメラ構造形成 (2023)
  • Author(s): 堀池優貴・大内誠・寺島崇矢
  • Organizer: 第13回CSJ化学フェスタ2023
• [Presentation] Insight into Amphiphilic Random Copolymer Self-Assemblies by Small-Angle Neutron Scattering and Neutron Reflectometry (2023)
  • Author(s): Takaya Terashima
  • Organizer: J-PARC Workshop 2022, Deuterium Science Entering a New Phase
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 両親媒性/フッ素系高分子の精密合成と自己組織化 (2022)
  • Author(s): 寺島崇矢
  • Organizer: 第11回フッ素化学若手の会
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性高分子の制御自己組織化とナノ構造材料の新展開 (2022)
  • Author(s): 寺島崇矢
  • Organizer: 産研 次世代有機化学セミナー
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性ランダム共重合体の自己組織化：集合構造制御への挑戦と戦略 (2022)
  • Author(s): 寺島崇矢
  • Organizer: 日本接着学会 東北・北海道支部講演会
  • Invited
• [Presentation] 両親媒性ランダム共重合体の自己組織化とミクロ相分離：集合構造制御の新展開 (2022)
  • Author(s): 寺島崇矢
  • Organizer: 第1回高分子相模セミナー
  • Invited
• [Presentation] カチオン性ランダム共重合体の微細ラメラ相分離材料 (2022)
  • Author(s): 寺島 崇矢・今井 彩帆里
  • Organizer: 第71回高分子年次大会
• [Presentation] 4級アンモニウムカチオン側鎖をもつ両親媒性ポリマーの設計とミクロ相分離 (2022)
  • Author(s): 筋田 涼太・今井 彩帆里・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第71回高分子年次大会
• [Presentation] 水中で塩に応答して自己組織化する両親媒性ランダム共重合体：ミセルの会合制御とハイドロゲルへの展開 (2022)
  • Author(s): 菅野陸童・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第71回高分子年次大会
• [Presentation] ランダム共重合体ミセルを動的架橋点とするハイドロゲル:力学特性と接着性の制御 (2022)
  • Author(s): 浅井啓彰・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第71回高分子年次大会
• [Presentation] 両親媒性ポリマーのフォールディングによるミセル構築：配列制御と主鎖骨格の影響 (2022)
  • Author(s): 河野博之・日比野雅之・大内誠・寺島崇矢
  • Organizer: 第71回高分子年次大会
• [Presentation] カチオン性ランダム共重合体のミクロ相分離とラメラ積層化薄膜：水による構造誘起 (2022)
  • Author(s): 寺島 崇矢・今井 彩帆里・筋田 涼太
  • Organizer: 第71回高分子討論会
• [Presentation] 環境に応答する両親媒性ランダム共重合体ミセル：塩による会合制御と温度応答性ゲル化 (2022)
  • Author(s): 菅野陸童・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第71回高分子討論会
• [Presentation] 両親媒性交互共重合体のフォールディングミセル：構造精密化とサイズ制御に向けた設計戦略 (2022)
  • Author(s): 河野博之・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第71回高分子討論会
• [Presentation] ランダム共重合体ミセルを基盤とするネットワークポリマー材料：ハイドロゲルの物性制御と選択的接着性 (2022)
  • Author(s): 浅井啓彰・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第71回高分子討論会
• [Presentation] 両親媒性交互共重合体ミセル：精密な自己組織化を目指した分子設計 (2022)
  • Author(s): 河野 博之・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第12回CSJ化学フェスタ2022
• [Presentation] アルキルアンモニウム塩を側鎖にもつホモポリマーの設計と微細ラメラ構造構築 (2022)
  • Author(s): 筋田 涼太・大内 誠・寺島 崇矢
  • Organizer: 第12回CSJ化学フェスタ2022
• [Presentation] Co-Self-Assembly and Self-Sorting of Amphiphilic Random Copolymer Micelles in Water: Reversible Switching of Aggregation Modes in Response to Salts (2022)
  • Author(s): Rikuto Kanno, Makoto Ouchi, Takaya Terashima
  • Organizer: 5th G'L'owing Polymer Symposium in KANTO
• [Book] フッ素の特性が織りなす分子変換・材料化学 : フッ素化学の新たな飛躍に向けて （ＣＳＪカレントレビュー：47） 日本化学会 編 (2024)
  • Author(s): 森澤義富、萩原理加、市川淳士、松本一彦、網井秀樹、栗岡智行、稲木信介、長谷川健、都筑誠二、片桐利真、園山正史、水畑穣、米沢晋、山口博司、住井裕司、柴田哲男、淵辺耕平、藤田健志、矢島知子、土井良平、生越恵介、寺島崇矢、澤田英夫、福本博基、吾郷友宏、中健介、高平祐介、山口忠基、高橋幹弘、高橋至直、親潤一、平野一孝ら
  • Total Pages: 200
  • Publisher: 化学同人
  • ISBN: 9784759814071
• [Remarks] 京都大学大学院工学研究科高分子化学専攻 高分子生成論分野
  • URL: http://www.living.polym.kyoto-u.ac.jp