高分子ゲルを用いた生物様運動素子の創製

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09102002
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 長田 義仁 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (60007804)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): グン 剣萍 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (20250417)
• Keywords: 高分子ゲル / 生物運動 / 自律応答 / バイオトライボロジー / 生体関節 / ゲル摩擦 / 流体潤滑 / 界面相互作用

Research Abstract

ゲルの超構造制御 我々が開発した両親媒性ゲルは、秩序・無秩序転移に基づいて運動し、形状記憶運動やケミカルモータとしての回転および発電機能を有することを見出しているが、このゲルにわずか何パーセントの水を導入することにより、非結晶状態から結晶状態に転移することを発現した。水が高分子ゲルのしなやかさをもたらすとともに、ゲルに秩序構造も与えると言う一見相反する役割を同時に持つことは高分子鎖の運動性と秩序形成能力の間に密接な関連があることを示している。このゲルは、生体組織の運動と輸送現象など動的機能を理解する上で大変重要なモデル系物質となり、そのメカニズムの一層の解明が今後の課題となる。
ゲルの表面摩擦特性 表面グラフト鎖の存在がゲルの摩擦係数をさらに低下させる効果を有することを発見した。この現象は、魚や海藻の表面や内臓からはある種の高分子が分泌されており、これが運動する際に水からの抵抗の低減に大きな役割を果たしていることと類似のメカニズムであると考えられ、より詳細なメカニズムの解明により一層効率的な人工デバイスへの応用が可能となった。
ゲル表面の特性解明と制御 種々の疎水基板を用いることによって網目密度の傾斜したゲルを合成することができた。この「基板重合法」は筆者らが本研究推進過程で新しく開発した新規傾斜構造ゲルの合成法であり、そのメカニズムは極めてユニークである。また、高分子ゲルの表面物性が基板の親疎水性によって、著しく異なることを発見した。疎水性基板上で合成したゲルは親水性基板上で合成したものより1〜2桁摩擦係数が低く、また、両者は細胞に対する吸着性も著しく異なる。これらの結果はゲル表面特性の制御に極めて重要な知見であり、今後、生体適合性材料、低摩擦材料など様々な応用が期待できる

Research Products

• [Publications] L.Chen: "Effects of Polyelectrolyte Complexation on the UCST of Zwitterionic Polymer"Polymer. 41. 141-147 (2000)
• [Publications] T.Mitsumata: "Controlled Motion of Solvent-Driven Gel Moter and Its Application as a Generator"Langmuir. 16. 307-312 (2000)
• [Publications] T.Kaneko: "Liquid-Crystalline Hydrogels.1.Enhanced Effects of Incorporation Acrylic Acid Units on the Liquid-Crystalline Ordering"Macromolecules. 33. 412-418 (2000)
• [Publications] L.Chen: "Environmental Responses of Polythiophene Hydrogels"Macromolecules. 33. 1232-1236 (2000)
• [Publications] A.Matsuda: "Fluorinated Water-Swollen Hydrogels Molecular and Supramolecular Organization"Macromolecules. 33. 2535-2538 (2000)
• [Publications] J.P.Gong: "Friction of Gels.5.Negative Load Dependence of Polysaccharide Gels"J.Phys.Chem.B. 104. 3423-3428 (2000)
• [Publications] J.P.Gong: "Surface Dynamic Friction of Polymer Gels"Chinese Journal of Polymer Science. 18. 271-275 (2000)
• [Publications] T.Narita: "Substrate Effects of Gel Surfaces on Cell Adhesion and Disruption"Biomacromolecules. 1. 162-167 (2000)
• [Publications] T.Kaneko: "Liquid-Crystalline Hydrogels.2.Effects of Water on the Stuctural Ordering"Macromolecules. 33. 4422-4426 (2000)
• [Publications] N.Hirota: "Effect of Charge on Protein Diffusion in Hydrogels"J.Phys.Chem.B. 104. 9898-9903 (2000)
• [Publications] J.P.Gong: "Effect of Aspect Ratio on Protein Diffusion in Hydrogels"J.Phys.Chem.B. 104. 9904-9908 (2000)
• [Publications] T.Narita: "Effect of Charge Density and Hydrophobicity of Ionene Polymer on Cel Binding and Viability"Colloid Polim.Sci.. 278. 884-887 (2000)
• [Publications] A.Matsuda: "Ionization and Order-Disorder Transition of Hydrogels with Ionizble Hydrophobic Side Chain"J.of Molecular Structure. 554. 91-97 (2000)
• [Publications] D.Szabo: "Spreading of Liquids on Gel Surfaces"J.of Chemical Physics. 113. 8253-8259 (2000)
• [Publications] ぐん剣萍: "ゲル運動素子によるケミカルモーター"化学と工業. 53. 184-187 (2000)
• [Publications] 加々田剛: "ゲルの摩擦"固体物理. 36. 103-111 (2000)
• [Publications] J.P.Gong: "Intelligent Gel-Surface Properties and Functions of Gels"Macromol.Symp.. 159. 215-220 (2000)
• [Publications] T.Mitsumata: "Shape Memory Functions and Motility of Amphiphilic Polymer Gels"Polym.Adv.Technol.. 12. 136-150 (2001)