2006 Fiscal Year Annual Research Report
自励振動ゲルを用いたナノデバイスの設計に関する基礎研究
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15205027
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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。これまでに、膨潤収縮の伸縮率を増加させ、大きな体積振動を生み出すためのゲルの化学構造設計について検討を行った。得られた知見をもとにマイクロ・ナノサイズの自励振動ゲル微粒子、あるいは分子アクチュエータとしての自励振動高分子鎖を作成した。またリソグラフィーなどの微細加工技術を用いることにより、マイクロゲルの自在な形状構築が可能となった。界面活性剤を用いた乳化重合法により、100nmオーダーサイズのナノゲル微粒子を作成し、ナノオーダーでの膨潤収縮振動を起こすことに成功した。動的光散乱装置を用いて粒径変化の振動を測定し、ゲル微粒子と従来のバルクゲルを比較した。これら結果より、マイクロ・ナノシステムの環境下において自励振動ゲルの膨潤挙動がどのように影響を受けるかを検討し、ゲル微粒子の最適な適用条件を探った。また二段階鋳型重合法により作成した自励振動ゲル微粒子を基板上に単層配列させ、化学反応波に伴う膨潤収縮変化を起こすことにより表面に添加した物質を輸送する機能性表面(コンベア型搬送システム)の設計を行った。さらに未架橋の直鎖状ポリマーを用いることにより高分子一本鎖の周期的な伸縮振動を生起させることにも成功し、その伸縮振動をAFMで測定することができた。これらは周期的運動リズムを生み出す新しいナノ振動子(ナノクロック)として興味深く、種々の分子マシンへの展開が期待される。
また生体模倣型アクチュエータへの応用を考えた場合、BZ反応を利用する欠点として、反応が非生理条件下で起こるという問題がある。そこでpHコントロール部位や酸化剤として働く部位を高分子鎖に予め化学的に結合して導入することにより、生体に存在する有機酸(たとえばクエン酸)のみの存在下で振動機能を発現するような分子設計を行い、実際に有機酸添加のみで自励振動を起こすことに成功した。また生体環境下で機能させる別の手法として、ATPを基質とした生体振動反応を利用することを試みた。この手法により、ATP存在の一定条件下で自己拍動する完全人工合成型のバイオマシンを作成することができた。
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