2002 Fiscal Year Annual Research Report
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11167206
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉田 亮 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (80256495)
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| Keywords | 高分子ゲル / N-イソプロピルアクリルアミド / 刺激応答性高分子 / 自励振動 / ベローソフ・ジャボチンスキー反応 / 振動反応 / 非線形化学 / インテリジェント材料 |
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| Research Abstract |
本研究では、心臓の拍動のように一定条件下で自発的な周期的リズム運動を行う新しい「自励振動ゲル」を開発した。すなわち、生体の代謝反応(TCA回路)の化学モデルにもなっている、循環する反応回路を持つベローソフ・ジャボチンスキー反応(BZ反応)をゲル内で引き起こし、その化学エネルギーを力学エネルギーに転換する分子設計を行うことによりゲルの周期的な膨潤収縮振動を生み出すことに成功した。この自励振動ゲルを利用することにより、自ら周期運動するマイクロアクチュエータ、自己拍動(蠕動)型マイクロポンプ、分子ペースメーカー、情報伝達素子など新しい分子シンクロ材料が設計可能になると考えられる。このような機能を備えた新しいマイクロ・ナノマシンの実現を目的とし、自励振動ゲルの微小化技術の確立とマイクロ・ナノ環境下での挙動解析を行い、材料システム構築に関する基礎的検討を行った。
アクチュエータへの応用を考えた場合、膨潤収縮振動の振幅ができるだけ大きい方が望ましい。大きな体積変動を生み出すためには、酸化還元変化に対するゲルの膨潤収縮の応答性を高める必要がある。応答性はサイズの2乗に比例するため、微細なゲルを作製することが望ましい。その手段として、近年進歩が著しい半導体微細加工技術によりゲルを任意の形の微小サイズに成形加工する方法が考えられる。そこで我々は2つの方法で自励振動ゲルの微細加工を試みた。一つは、高分子鎖に光架橋部位を導入し、フォトマスクを用いた光リソグラフィにより任意の形にマイクロ加工する方法である。もう一つは、X線リソグラフィーによる3次元微細加工であり、この手法により実際に人工繊毛アクチュエータが作成された。表面に添加した微粒子等を輸送するマイクロ搬送システムなどへの応用が可能であると考えられる。
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[Publications] R.Yoshida, T.Sakai, S.Ito, T.Yamaguchi: "Self-oscillation of polymer chains with rhythmical soluble-insoluble changes"J.Am.Chem.Soc.. 124(27). 8095-8098 (2002)
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[Publications] O.Tabata, H.Hirasawa, S.Aoki, R.Yoshida, E.Kokufuta: "Ciliary motion actuator using self-oscillating gel"Sensors and Actuators A. 95. 234-238 (2002)
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[Publications] R.Yoshida, T.Sakai, T.Yamaguchi: "Design of novel biomimetic polymer gels with self-oscillating function"Sci.Tech.Adv.Mater.. 3. 95-102 (2002)
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[Publications] O.Tabata, H.Kojima, T.Kasatani, Y.Isono, R.Yoshida: "Chemo-mechanical actuator using self-oscillating gel for artificial cilia"Proceedings of the International Conference on MEMS'03. 12-15 (2003)
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[Publications] R.Yoshida, K.Takei, T.Yamaguchi: "Self-beating motion of gels and modulation of oscillation rhythm synchronized with organic acid"Macromolecules. (in press). (2003)
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[Publications] 吉田 亮: "化学振動反応を利用した自励振動ゲルの設計"Electrochemistry(電気化学および工業物理化学). (印刷中). (2003)
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[Publications] R.Yoshida, T.Sakai, S.Ito, T.Yamaguchi: "ACS Symposium Series : Nonlinear Dynamics in Polymeric Systems"American Chemical Society (in press). (2003)
