2017 Fiscal Year Research-status Report
Isochoric Hydrogels Possessing Thermal Hardening and Toughening
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17K19146
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
野々山 貴行 北海道大学, 先端生命科学研究院, 特任助教 (50709251)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 高強度ハイドロゲル / 相分離 / 刺激応答性材料 / アイソコリック / 物性転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当研究室で偶然発見された「温度に応答して力学物性が可逆的かつ劇的に変化する体積変化を示さない(アイソコリック性)ハイドロゲル」について、初年度では発現条件の探索と構造評価を行い、その新奇性を踏まえて特許出願まで行った。本ゲルは汎用的で毒性の低いポリアクリル酸(PAAc)ゲルを酢酸カルシウム(CaAc)水溶液に平衡まで浸すことで簡単に作成可能である。様々な濃度のPAAc及びCaAc水溶液で本ゲルを作製し、アイソコリック相分離を評価したところ、PAAcの濃度が低いほど、またCaAc水溶液の濃度が高いほど、相分離は低温シフトし、約20～90℃の広い範囲で制御することができた。また相分離前後で体積変化がほぼ認められなかった。相分離前後のゲルを液体窒素で瞬時に凍結、乾燥させたサンプルの断面を電子顕微鏡で観察したところ、相分離前では見られない無数の空孔が相分離後のゲルに観察された。これは凍結乾燥前においてこの空孔に水が非局在化していた事を示している。即ち、アイソコリック性は相分離後において水をゲルの系外に排出するのではなく、ゲル内部に水クラスターを形成することで達成していることが示された。PAAcゲルは本来高温で相分離を示さないが、ポリマー側鎖カルボキシル基がCaAcとイオンコンプレックスを形成し、トータルで疎水性を形成していることが示唆される。それを踏まえて、塩の疎水性が相分離に及ぼす影響を評価した。CaAcより親水的なギ酸Ca、疎水的なプロピオン酸Caを用いて作製したところ、プロピオン酸＜酢酸＜ギ酸の順に相分離しやすく、確かに塩の疎水性が影響していることが示された。種々の温度で本ゲルの力学特性を評価したところ、相分離前後で1000倍以上硬くなることが示され、劇的に物性を変化させることがわかった。本新奇性を鑑みて、国内特許出願及びJST権利化支援を受けてPCT出願を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の目標であるアイソコリック性に関わる条件や、構造の評価は概ね終了し、本現象の理解が進んでいる。また、平成30年度の計画の一部である「塩の疎水性度の影響」についても既に完了している。また、本材料のアプリケーションについて、耐摩擦熱試験等を平行して行い、特許出願の後押しも進めている。総じて、当初の計画を上回る進捗状況にあると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた知見を基に「塩を用いないアイソコリックゲル」及び「架橋剤を用いない物理架橋型アイソコリックゲル」の作製を行う。前者について、本ゲルは純水中及び生理環境下では相分離を発現できない欠点があった。一般的な環境または医療環境を考慮すると、塩フリーで作製できるメリットは極めて大きい。本現象に必要な条件は概ね把握しているため、純水中でアイソコリック相分離を示すゲルの作製を行う。後者について、架橋剤を極力用いずにゲルを作製することで物理結合だけから成るアイソコリックゲルを作製できると考えられる。物理結合は、一度切れても再結合できるため、破壊されても治る自然治癒能を有するアイソコリックゲルの作製が可能となると考えられる。
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| Causes of Carryover |
初年度に購入した装置が想定より安く購入できたため。
特許出願手数料（国際）について、JSTの権利化支援を受けたことにより、必要経費が削減できたため。
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