2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on shape memory polymers based on biological elastic material, elastin
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17K05878
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
猪股 克弘 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80232578)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
信川 省吾 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50609211)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 形状記憶高分子 / ハイドロゲル / エラスチン / 生体由来物質 / 相互侵入高分子網目 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生体内で弾性的性質を担うタンパク質であるエラスチンを用いて、新規な形状記憶高分子材料を開発することを目的としている。
最終年度である2019年度は、エラスチン鎖の側鎖として長鎖アルキル基を導入することを試みた。具体的には、架橋エラスチン中のリシン残基の側鎖アミノ基を、長鎖アルキルイソシアネートと反応させることで、エラスチンにウレタン結合を介してアルキル鎖を結合させた。得られたハイドロゲルでは、貯蔵弾性率が急激に変化するようなガラス転移温度（Tg）が生体温度付近に存在した。その結果、Tgより高温でハイドロゲルの形状を変形でき、変形したままTgよりも低温まで冷却するとその形状を固定でき、再びTg以上に昇温するとゲルの元の形状に自発的に回復する、形状記憶能を付与することができた。
補助事業期間である2017年度から2019年度を通じて実施した研究は、以下のようにまとめられる。高分子における形状記憶能の発現には、形状回復成分（弾性成分）と形状固定成分（転移成分）の両者が必要である。そこで、生体内タンパク質であるエラスチンに形状回復成分の役割を担わせ、形状固定成分となる合成高分子を複合化したり、エラスチン自身の熱的性質を変化させたりすることで、形状記憶能を付与することを方針とした。具体的には、①架橋エラスチンと架橋アクリルポリマーとで相互侵入高分子網目構造を形成する手法、②重合性官能基をエラスチン側鎖に導入してアクリルモノマーとともに重合して架橋させる手法、③長鎖アルキル鎖を導入してTgを室温以上に向上させる手法、について検討した。結果的に、いずれの手法においてもエラスチンに形状記憶能を付与させることに成功した。このような生体由来エラスチンから得られる形状記憶高分子は、生体温度付近で自発的な形状変化が可能なバイオマテリアルとしての利用が期待できる。
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