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2016 Fiscal Year Annual Research Report

空間配置を制御した金属ナノ粒子のゲル微粒子内部への固定化による機能性触媒の創製

Research Project

Project/Area Number 15J11533
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

呉羽 拓真  信州大学, 総合工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2018-03-31
Keywordsヒドロゲル微粒子 / 複合マテリアル / 分子分離担体
Outline of Annual Research Achievements

1:低分子存在下のヒドロゲル微粒子の分子分離機能と構造変化の関係解明
標的分子存在下のゲル微粒子の構造評価法が確立でき、本課題の目的である触媒反応時のゲル微粒子の構造と分子拡散性がどのように関係しているのか、その知見を得た。特に、機能団のひとつとして負電荷のアクリル酸が共重合されたpoly(N-isopropyl acrylamide)ゲル微粒子の内部微細構造を小角・広角X線散乱法によって評価した。この時、カチオン性低分子を存在させることで、アクリル酸と静電相互作用を引き起こし、微細構造が変化する。カチオン性染料は多く内包され、続く昇温時には、アクリル酸の電荷で抑制されていたゲル微粒子の相転移を引き起こすことにつながり、疎水性ドメインが形成し、染料の取り込み量は更に増加した。本検討は学術論文として受理された。
2:固体状ポリマー複合ゲル微粒子の合成とその分子分離能の向上
特異的な分子吸着能をもつ難水溶性の固体状ポリマーをゲル微粒子に複合し、機能向上を図った。本課題の機能団には金属等の疎水性固体成分が主となる。これら疎水性の機能団はゲル微粒子内部で反応基質や機能性分子と接触し、吸着および反応が生じるが、反応生成物等の多くの基質が存在する中で効率良く機能団と基質を反応させるためには狙った分子のみが選択的に吸着することが重要になる。この選択的な分子吸着能を向上させるため、本検討では汚水に含まれる汚染物質、または薬剤として機能するハロゲン化合物を標的分子とし、疎水性固体成分に電子供与性が高いメトキシ基を有するポリマーを選択することで、自由自在にハロゲン化合物を吸着・放出可能なキャリアーの創製、応用を試みた。結果として、得た複合ゲル微粒子は、ハロゲン含有色素をハロゲン結合という特異な相互作用により選択的かつ大量に内包し、昇温によるゲルの脱水和と共に放出可能であることを実証した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

触媒担体となるヒドロゲル微粒子の分子レベルの構造評価は標的分子存在下でも可能であることがわかり、更にリアルな場でのゲル微粒子構造評価法を確立でき、学術論文として認められた点。また、金属ナノ粒子をはじめとする疎水的で分散安定性が低い機能団を水膨潤ゲル微粒子に複合化させる技術の向上が図れ、こちらも学術論文として受理されたため。

Strategy for Future Research Activity

今後は金属ナノ粒子を複合したゲル微粒子の触媒反応中における構造・物性変化を詳細に評価し、最も触媒活性が高い条件の探索や最終目標である酸化ルテニウムナノ粒子等の機能団を複数有するゲル微粒子触媒を創製する。

  • Research Products

    (21 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Water-immiscible bioinert coatings and film formation from aqueous dispersions of poly(2-methoxyethyl acrylate) microspheres2017

    • Author(s)
      Kureha Takuma、Hiroshige Seina、Matsui Shusuke、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      Colloids and Surfaces B: Biointerfaces

      Volume: 155 Pages: 166~172

    • DOI

      10.1016/j.colsurfb.2017.04.001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of Changes in the Microscopic Structure of Anionic Poly(N-isopropylacrylamide-co-Acrylic acid) Microgels in the Presence of Cationic Organic Dyes toward Precisely Controlled Uptake/Release of Low-molecular-weight Chemical Compound2016

    • Author(s)
      Takuma Kureha, Takahisa Shibamoto, Shusuke Matsui, Takaaki Sato, and Daisuke Suzuki
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 32 Pages: 4575-4585

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b00760

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Functional Hydrogel Microspheres2016

    • Author(s)
      Daisuke Suzuki,Takuma Kureha and Koji Horigome
    • Journal Title

      Encyclopedia of Biocolloid and Biointerface Sciences (Ohshima Ed.), Wiley Inter. Science

      Volume: - Pages: 554-569

    • DOI

      ISBN: 978-1-118-54276-7

  • [Journal Article] Impact of Spatial Distribution of Charged Groups in Core Poly(N-isopropyl acrylamide)-Based Microgels on the Resultant Composite Structures Prepared by Seeded Emulsion Polymerization of Styrene2016

    • Author(s)
      Takumi Watanabe, Chiaki Kobayashi, Chihong Song, Kazuyoshi Murata, Takuma Kureha, and Daisuke Suzuki
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 32 Pages: 12760-12773

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b03172

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Synthesis of Poly (2-methoxyethyl acrylate)‐based Hydrogel Particles for Bio- Coatings and Carriers2017

    • Author(s)
      Takuma Kureha and Daisuke Suzuki
    • Organizer
      253rd ACS NATIONAL MEETING & EXPOSITION
    • Place of Presentation
      Moscone Center(San Francisco, America)
    • Year and Date
      2017-04-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Selective Adsorption of Halide Compounds from Aqueous Solution by Poly(2-methoxyethyl acrylate)-based Hydrogel Microspheres2017

    • Author(s)
      Takuma Kureha, and Daisuke Suzuki
    • Organizer
      The 11th International Gel Symposium
    • Place of Presentation
      日本大学(千葉県習志野市)
    • Year and Date
      2017-03-07 – 2017-03-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Poly(2-methoxyethyl acrylate) Composite Hydrogel Microspheres for Bio-Coating and Carriers2017

    • Author(s)
      Takuma Kureha, Daisuke Suzuki
    • Organizer
      The 5th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2017-01-21
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ヒドロゲル微粒子のミクロ構造が分子分離能に与える影響2017

    • Author(s)
      呉羽拓真、蓬生健介、柴本貴央、鈴木大介
    • Organizer
      第28回高分子ゲル研究討論会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2017-01-16
  • [Presentation] 血液適合性ナノ粒子複合ゲル微粒子の分子分離挙動2017

    • Author(s)
      呉羽拓真、鈴木大介
    • Organizer
      第28回高分子ゲル研究討論会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2017-01-16
  • [Presentation] 血液適合性poly(2-methoxyethyl acrylate)ナノコンポジットゲル微粒子の分子分離能2016

    • Author(s)
      呉羽拓真、蓬生健介、柴本貴央、鈴木大介
    • Organizer
      第6回CSJ化学フェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • Year and Date
      2016-11-14
  • [Presentation] 高分子集積法を活用した均一架橋構造を有するゲル微粒子の創製と分子内包体への応用2016

    • Author(s)
      柴本貴央、呉羽拓真、松井秀介、蓬生健介、酒井崇匡、鈴木大介
    • Organizer
      第19回高分子ミクロスフェア討論会
    • Place of Presentation
      千葉大学(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2016-11-09
  • [Presentation] Investigation of Changes in the Microscopic Structure of Hydrogel Microspheres toward Controlled Uptake/Release of Functional Molecular2016

    • Author(s)
      Takuma Kureha, and Daisuke Suzuki
    • Organizer
      3rd International Conference on Biomaterials Science
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-10-28
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 選択的分子吸着能を有する血液適合性ナノ粒子複合ゲル微粒子の創製2016

    • Author(s)
      呉羽拓真、鈴木大介
    • Organizer
      第65回高分子討論会
    • Place of Presentation
      神奈川大学(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-09-16
  • [Presentation] Poly(2-methoxyethyl acrylate)複合ゲル微粒子の選択的分子吸着挙動2016

    • Author(s)
      呉羽拓真、鈴木大介
    • Organizer
      第65回高分子討論会
    • Place of Presentation
      神奈川大学(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2016-09-16
  • [Presentation] 架橋点が超分子構造から成るソフトゲル微粒子の創製2016

    • Author(s)
      呉羽拓真、広重聖奈、青木大地、飯島圭裕、青木大輔、高田十志和、鈴木大介
    • Organizer
      第157回東海高分子研究会講演会
    • Place of Presentation
      長良川観光ホテル石金(岐阜県岐阜市)
    • Year and Date
      2016-09-02
  • [Presentation] ヒドロゲル微粒子の内部微細構造と分子分離能の関係2016

    • Author(s)
      呉羽拓真、佐藤高彰、鈴木大介
    • Organizer
      第62回高分子研究発表会(神戸)
    • Place of Presentation
      兵庫県民会館(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-07-15
  • [Presentation] 環境応答性ヒドロゲル微粒子の微細構造変化と標的分子分離能2016

    • Author(s)
      呉羽拓真、佐藤高彰、鈴木大介
    • Organizer
      第65回高分子年次大会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場・展示場(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-05-26
  • [Presentation] Impact of Microscopic Structural Changes in Stimuli-responsive Hydrogel Particles on Molecular Separation Behavior2016

    • Author(s)
      Takuma KUREHA、Takaaki SATO、Daisuke SUZUKI
    • Organizer
      第65回高分子年次大会
    • Place of Presentation
      神戸国際会議場・展示場(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2016-05-25
  • [Remarks] タンパク質の非特異吸着を抑制する高分子微粒子の合成と応用

    • URL

      http://www.chem-station.com/blog/2017/02/suzukikureha.html

  • [Remarks] SUZUKI Daisuke Lab

    • URL

      https://suzukilab.wixsite.com/dsuzuki/publications

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 高分子粒子およびその製造方法2016

    • Inventor(s)
      鈴木大介、呉羽拓真
    • Industrial Property Rights Holder
      信州大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2016-162554
    • Filing Date
      2016-08-23

URL: 

Published: 2018-01-16  

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