2017 Fiscal Year Annual Research Report
高分子ハイドロゲルの界面機能制御：分子鎖熱運動性と生体適合性の二次元パターニング
| Project/Area Number |
17J01952
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
板垣 望 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
|
| Keywords | ハイドロゲル / ビニルエーテル / 生体不活性 / 水界面 / 摩擦 / 中性子反射率 / 水平力顕微鏡 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平衡膨潤に達したハイドロゲルにおいて、水界面と内部では分子鎖凝集状態や力学物性が著しく異なる。そのため、ハイドロゲルの界面機能の制御には、マクロで平均化された情報だけでなく、最界面に着目した構造物性評価が重要である。本研究では、ハイドロゲル/水界面における分子鎖熱運動性の観点から細胞接着性を検討し、さらに生体適合性の二次元パターニング手法の確立を目的としている。平成29年度は、中性子反射率(NR)測定に基づきハイドロゲル膜の構造解析を行い、水平力顕微鏡(LFM)観察に基づきハイドロゲル膜の表面摩擦特性を評価した。具体的な項目と主な研究成果を以下にまとめる。
1、水中において種々の平衡膨潤度に達するように、共重合組成比の異なる高分子を合成した。さらにそのそれを用いて基板上ハイドロゲル薄膜を調製し、膨潤率および界面近傍における膜の弾性率を評価した。その結果、およそ狙い通りの膨潤率および弾性率を有するハイドロゲル薄膜が得られた。
2、NR測定に基づき、重水中においてハイドロゲル薄膜内の構造解析を行った。その結果、平衡膨潤に到達した膜内部における密度プロファイルは、膜厚方向に不均一であり、水界面において非常に膨潤率の高い層が形成していることが明らかになった。
3、LFM測定に基づき、膨潤状態におけるハイドロゲル薄膜の摩擦特性の評価を行った。その結果、水平力は垂直荷重の増加に伴い増加し、臨界荷重以上では一定値を示した。臨界荷重以上における挙動は、マクロな系で検討されているハイドロゲルの摩擦挙動とよく一致するが、それ以下の荷重における挙動は特異であった。臨界荷重におけるプローブの押し込み深さは大きくても10数nmであったため、この特異な挙動は界面においてのみ観測されたことが明らかになった。
以上の結果から、界面層における分子鎖の凝集状態が、表面の摩擦挙動と密接に関わることが明らかになった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度は当初の計画に従って、膨潤率の制御されたハイドロゲル薄膜の調製、水平力顕微鏡(LFM)観察に基づく分子鎖熱運動性の評価、および中性子反射率(NR)測定に基づく構造解析を実施し、ハイドロゲル薄膜内部の密度分布が垂直方向に不均一であること、ならびに膨潤状態における摩擦特性が押し込み深さに応じて特異な挙動を示すことを明らかにした。研究成果の一部は国際学会を含め、複数の学会にて発表済みであり、現在、論文執筆中である。以上の理由により、期待通り研究が進展したと判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、架橋密度の異なるハイドロゲルを用いて、水界面における分子鎖熱運動性を定量的に評価し、構造と物性の両方の観点からハイドロゲル水界面特性を検討する予定である。具体的には、膜上における粒子追跡法に基づき、膨潤したハイドロゲル表面の局所物性を評価する。さらに、ハイドロゲル上のタンパク質吸着試験および細胞接着試験を行い、分子鎖熱運動性が生体不活性に与える影響について検討する。
|
