1999 Fiscal Year Annual Research Report
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11167206
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
吉田 亮 筑波大学, 応用生物化学系, 講師 (80256495)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
國府田 悦男 筑波大学, 応用生物化学系, 教授 (40124648)
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| Keywords | 高分子ゲル / インテリジェント材料 / ポリ-N-イソプロピルアクリルアミド / 体積相転移 / 自励振動 / ベローソフ・ジャボチンスキー反応 / 非線形化学 / 散逸構造 |
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| Research Abstract |
本研究では、心臓の拍動のように、一定周期で自励的に振動する運動リズム機能を持った高分子材料(高分子ゲル)を開発した。ベローソフ・ジャボチンスキー(BZ)反応の触媒として働くルテニウム錯体をポリ-N-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)に共重合したゲルを作成し、ゲル相内部でBZ反応を起こすことにより、化学エネルギーが力学エネルギーに転換されて膨潤・収縮の自励的振動を生起するゲルを設計した。空間パターン(化学反応波の伝播)が生じない振動条件下で、自発的な酸化還元振動および体積振動パターンを時系列画像処理によって詳細に解析した。外部基質濃度を変え、化学振動の周期や振幅を変えることにより膨潤収縮振動の制御を試みた。また両振動のプロフィールの相関から、化学-体積振動間のシンクロナイゼーション機構を検討した。
BZ反応の振動周期は、基質の初期濃度により変化した。周期と基質初濃度の関係は、指数相関式として表すことができた。しかしこの相関式は溶液系とゲル系で異なった。すなわち、ゲルのメカニカルな変化が化学振動とのシンクロナイゼーションプロセスに影響を与えているものと考えられた。次に外液の基質初濃度を変化させて周期を制御し、膨潤収縮の振幅を制御することを試みた。硝酸濃度を高くすると化学振動周期が長くなり、それに伴い膨潤収縮の振幅が大きくなった。このとき化学振動のパルス波形は矩形状に変化し、体積振動から化学振動へのフィードバックが生じていることが示唆された。
ゲルの膨潤収縮の振幅と周期、および膨潤収縮振幅と酸化還元変化量(電位振幅)との相関を検討した結果、反応周期が長いほど、また酸化還元変化量が大きいほど膨潤収縮振幅が大きくなった。すなわち、外部基質濃度や触媒導入量を変えることでゲルの体積振動の振幅が制御可能であることがわかった。
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[Publications] 吉田 亮: "Aspects of the Belousov-Zhabotinsky Reaction in Polymer Gels"J.Phys.Chem.A. 103[43]. 8573-8578 (1999)
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[Publications] 吉田 亮: "Beating Polymer Gels Coupled with a Nonilinear Chemcial Reaction"CHAOS. 9[2]. 260-266 (1999)
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[Publications] 吉田 亮: "New Intelligent Polymer Gels:a Self-Oscillating Gel with Pacemaking and Actuating Functions"J.Artif.Organs. 2[2]. 135-140 (1999)
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[Publications] 吉田 亮: "Molecular Design of Self-Oscillating Polymer Gels and Their Dynamic Swelling-Deswelling Behaviors"J.Intelligent Material Systems and Structures. (印刷中).
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[Publications] 吉田 亮: "Self-Oscillation Mechanism of Hydrogel Coupled with Chemical Oscillations"Macromol.Symp. (印刷中).
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[Publications] 吉田 亮: "Novel Self-Oscillationg Polymer Gels Undergoning Autonomous Swelling-Deswelling Oscillation"Research Advances in Macromolecules Research. (印刷中).
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[Publications] 吉田 亮: "バイオミメティックスハンドブック"長田義仁(印刷中). (2000)
