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2017 Fiscal Year Annual Research Report

自律機能を有する高分子材料を用いた新技術創成

Research Project

Project/Area Number 15H02198
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

吉田 亮  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80256495)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2020-03-31
Keywords高分子 / ゲル / 自己組織化 / 生体材料 / 自律機能
Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は、生体のように自律的な機能を発現するゲル、すなわち刺激のon-off駆動によらず、心臓の拍動のように一定条件下で自発的に周期的リズム運動を行う新しい機能性ゲルの開発に取り組んできた。生体には閉じた化学反応回路が多く存在する。それを人工的に模倣したBelousov-Zhabotinsky(BZ)反応は代謝反応(TCA回路)の化学モデルでもあり、生体現象の中でもよく見られる時間リズムや空間パターンを自発的に生み出す化学振動反応としてよく知られている。サイクリックな反応ネットワークが自発的に構成され、触媒となる金属錯体が周期的な酸化還元振動を起こす。散逸構造を生み出す化学システムの代表的な例でもある。研究代表者は、この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変換する分子設計を行い、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。初めてこの「自励振動ゲル」(self-oscillating gel)を報告し、以降系統的に研究を進めている。時空間機能を持つ4次元ソフトマテリアルとして新しい機能性ゲルの概念を提唱し具現化するとともに、1)自律駆動型の生体模倣ソフトアクチュエータ、2)自動物質輸送システム、3)自発的かつ周期的にレオロジー変化を示す機能性流体など、新たな自律機能性材料への応用展開を試みた。とくに本期間では、ゾルゲル転移を周期的に繰り返しながら前進する生体模倣ソフトマシン(人工アメーバ)を実現することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

蠕動運動による物質輸送や脈動流生起の実現の他、自励振動ポリマーブラシ、自励振動ミセル、自励振動ベシクル(非架橋/架橋型)、自励振動コロイドソーム、人工アメーバ(自律的にゾル―ゲル転移する自励振動高分子溶液)が実現され、順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

自励振動高分子/ゲルは振動を自発的に生み出す分子回路を内包するという大きな特徴をもつ。ナノスケールで起こる高分子鎖の振動がネットワークで繋がることによりシンクロし、同期や増幅、伝播といった現象を伴いながら微視的から巨視的に至る階層スケールで自励振動機能を発現している。この振動挙動をさらに詳細に解析し、分子レベルでの変化がマクロな力学・物性変化を生じるメカニズムを解明する。

  • Research Products

    (26 results)

All 2017 Other

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 8 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Fabrication of Micropatterned Self-Oscillating Polymer Brush for Direction Control of Chemical Waves2017

    • Author(s)
      K. Homma, T. Masuda, A. M. Akimoto, K. Nagase, K. Itoga, T. Okano, and R. Yoshida
    • Journal Title

      Small

      Volume: 13 Pages: 1700041

    • DOI

      10.1002/smll.201700041

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Protic Ionic Liquids for the Belousov-Zhabotinsky Reaction: Aspects of the BZ Reaction in Protic Ionic Liquids and Its Use for the Autonomous Coil-Globule Oscillation of a Linear Polymer2017

    • Author(s)
      T. Ueki, K. Matsukawa, T. Masuda, and R. Yoshida
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 121 Pages: 4592-4599

    • DOI

      10.1021/acs/jpcb.7b01309

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Autonomous unimer-vesicle oscillation by totally synthetic diblock copolymers: effect of block length and polymer concentration on spatio-temporal structures2017

    • Author(s)
      R. Tamate, T. Ueki, M. Shibayama, and R. Yoshid
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 13 Pages: 4559-4568

    • DOI

      10.1039/c7sm00563f

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Design of a Tunable Self-Oscillating Polymer with Ureido and Ru(bpy)3 Moieties2017

    • Author(s)
      T. Masuda, N. Shimada, T. Sasaki, A. Maruyama, A. M. Akimoto, and R. Yoshida
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 56 Pages: 9459-9462

    • DOI

      10.1002/anie.201705277

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dynamic electrical behaviour of a thermoresponsive polymer in well-defined poly(N-isopropylacrylamide)-grafted semiconductor devices2017

    • Author(s)
      T. Masuda, T. Kajisa, A. M. Akimoto, A. Fujita, K Nagase, T. Okano, T. Sakata, and R. Yoshida
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 7 Pages: 34517-34521

    • DOI

      10.1039/c7ra05786e

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Amoeba-like self-oscillating polymeric fluids with autonomous sol-gel transition2017

    • Author(s)
      M. Onoda, T. Ueki, R. Tamate, M. Shibayama, and R. Yoshida
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 8 Pages: 15862

    • DOI

      10.1038/ncomms15862

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of substrate concentrations on the aggregation behavior and dynamic oscillatory properties of self-oscillating block copolymers2017

    • Author(s)
      R. Tamate, T. Ueki, M. Shibayama, and R. Yoshida
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 19 Pages: 20627 - 20634

    • DOI

      10.1039/c7cp03969g

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Recent developments in self-oscillating polymeric systems as smart materials: from polymers to bulk hydrogels2017

    • Author(s)
      Y.S. Kim, R. Tamate, A.M. Akimoto and R. Yoshida
    • Journal Title

      Mater. Horiz.

      Volume: 4 Pages: 38-54

    • DOI

      10.1039/c6mh00435k

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evolution of self-oscillating polymer gels as advanced materials2017

    • Author(s)
      R. Yoshida
    • Organizer
      2017 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Self-oscillating polymer gels as metal-containing functional materials2017

    • Author(s)
      R. Yoshida
    • Organizer
      ACS National Fall Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 自励振動高分子ゲルの創製とその展開2017

    • Author(s)
      吉田 亮
    • Organizer
      日本膜学会第39年会
    • Invited
  • [Presentation] 生体のような自律的運動をする自励振動高分子材料系の設計と構築2017

    • Author(s)
      吉田 亮
    • Organizer
      平成29年度第2回「メディショナルナノテク研究会」
    • Invited
  • [Presentation] ゲルの基礎:透過と拡散の制御2017

    • Author(s)
      吉田 亮
    • Organizer
      医用高分子研究会・高分子ゲル研究会合同講座
    • Invited
  • [Presentation] 自律的にゾル/ゲル転移する高分子溶液とその運動性制御2017

    • Author(s)
      小野田実真, 玉手亮多, 上木岳士, 柴山充弘, 吉田亮
    • Organizer
      第66回 高分子学会年次大会
  • [Presentation] マイクロパターン化した自励振動ポリマーブラシによる化学反応波の方向制御2017

    • Author(s)
      本間健太・増田造・秋元文・長瀬健一・糸賀和義・岡野光夫・吉田亮
    • Organizer
      第66回 高分子学会年次大会
  • [Presentation] 自励振動ポリマーブラシ表面における化学振動反応の特性2017

    • Author(s)
      増田造・秋元文・長瀬健一・岡野光夫・吉田亮
    • Organizer
      第66回 高分子学会年次大会
  • [Presentation] 自律的なベシクル構造の形成崩壊を示す自励振動ジブロック共重合体:ブロック長と高分子濃度が時空間構造へ与える影響の検討2017

    • Author(s)
      玉手亮多・上木岳士・柴山充弘・吉田亮
    • Organizer
      第66回 高分子学会年次大会
  • [Presentation] 螺旋状自励振動ゲルの作製とその運動機能制御2017

    • Author(s)
      金娟秀・竹田成美・木下真玲央・酒井崇匡・秋元文・吉田亮
    • Organizer
      第66回 高分子学会年次大会
  • [Presentation] UCST型の相転移挙動を示す新規自励振動高分子の創製2017

    • Author(s)
      増田造・嶋田直彦・佐々木泰・丸山厚・秋元文・吉田亮
    • Organizer
      第27回 バイオ・高分子シンポジウム
  • [Presentation] Unidirectional Control of Chemical Waves on Micropatterned Self-Oscillating Polymer Brush2017

    • Author(s)
      Kenta Homma, Tsukuru Masuda, Aya Mizutani Akimoto, Kenichi Nagase, Kazuyoshi Itoga, Teruo Okano, Ryo Yoshida
    • Organizer
      The 15th International Conference on Advanced Materials(IUMRS-ICAM 2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design of a magnetically responsive self-oscillating gel for a control of spatiotemporal wave propagation2017

    • Author(s)
      Eunjong Lee, Youn Soo Kim, Aya Mizutani Akimoto, and Ryo Yoshida
    • Organizer
      第66回 高分子討論会
  • [Presentation] ウレイド高分子を利用したUCST型自励振動高分子の設計と評価2017

    • Author(s)
      増田造・嶋田直彦・佐々木泰・丸山厚・秋元文・吉田亮
    • Organizer
      第66回 高分子討論会
  • [Presentation] 螺旋状自励振動ゲルの作製とその運動制御2017

    • Author(s)
      金娟秀・竹田成美・木下真玲央・酒井崇匡・秋元文・吉田亮
    • Organizer
      第66回 高分子討論会
  • [Presentation] 自律的な物性変化を示す生体模倣ポリマーブラシ表面の創製2017

    • Author(s)
      増田造・秋元文・吉田亮
    • Organizer
      第39回 日本バイオマテリアル学会大会
  • [Presentation] The helical shaped self-oscillating gel showing large and uniaxial deformation2017

    • Author(s)
      Youn Soo Kim, Narumi Takeda, Mareo Kinoshita, Aya Mizutani Akimoto, Takamasa Sakai, and Ryo Yoshida
    • Organizer
      第27回 日本MRS年次大会
  • [Remarks] バイオ材料システム工学研究室

    • URL

      http://cross.t.u-tokyo.ac.jp

URL: 

Published: 2019-12-27  

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