2017 Fiscal Year Research-status Report
Design of Shape Memory Gels Using Molecular Complexes as Reversible Crosslinks and Their Molecularly Stimuli-Responsive Shape Memory Properties
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17K19163
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
宮田 隆志 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (50239414)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | ゲル / 刺激応答性ゲル / 形状記憶 / 分子集合体 / 可逆架橋 / シクロデキストリン / グルコース応答性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，一時的な形状を維持するための可逆架橋として分子複合体を利用することにより，分子刺激によって一時的形状から元の形状へと変化する分子応答性の形状記憶ゲルの設計を試みる。本年度は以下のような研究成果が得られた。
i)ビスフェノールA(BPA)に応答する形状記憶ゲルの設計：可逆架橋としてシクロデキストリン(CD)とBPAとの分子複合体を利用することにより，BPAに応答して一時形状を維持する形状記憶ゲルの設計を試みた。具体的には，重合性官能基を導入したアクリロイル化CDと親水性モノマーのアクリルアミド(AAm)，架橋剤モノマーのN, N'-メチレンビスアクリルアミド(MBAA)を共重合することにより，BPAに対するリガンドとしてCDを有するP(CD-AAm)ゲルを合成した。この合成時の形状を成形初期の元形状とし，このゲルに応力を負荷させて変形させた状態でBPA水溶液に浸漬させ，一時的な形状を固定することに成功した。この一時形状のP(CD-AAm)ゲルをアセトン水溶液に浸漬し，ゲルからBPAを除去して可逆架橋を解離させると，初期形状へと回復することが確認された。
ii)グルコースに応答する形状記憶ゲルの設計：側鎖グルコース含有モノマー(GEMA)の重合体であるPGEMAを存在させた状態でフェニルボロン酸基含有モノマー(PBA)とAAm，MBAAを共重合することにより，フェニルボロン酸基と側鎖グルコース基をもつPBA-GEMAゲルを合成した。このとき，PBA-GEMA複合体の形成を阻害する過剰のグルコースを存在させた状態でPBA-GEMAゲルを合成した。このゲルを変形させた状態で緩衝液に浸漬してグルコースを除去し，PBA-GEMA複合体形成により一時的な形状を固定することに成功した。この一時形状のPBA-GEMAゲルをグルコース水溶液に浸漬すると，その阻害効果によって可逆架橋を解離させることができ，ゲルが初期形状へと回復することが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ビスフェノールA(BPA)およびグルコースに応答する形状記憶ゲルを合成し，特定条件下で一時形状を維持することが確認できた。またBPAの除去やグルコースの添加により，初期形状へとゲルの形状が回復することを確認し，予定よりも早く分子刺激に応答する形状記憶ゲルの合成に成功した。したがって，当初の計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の方針として以下のような研究計画に基づいて研究を遂行する予定である。
i)BPA応答性形状記憶ゲルの構造と形状記憶効果：CD-BPA複合体からなる可逆架橋とMBAAからなる共有結合架橋との比率によって形状記憶効果が左右されると考えられる。そこで，P(CD-AAm)ゲルを合成する際のCD含有率とMBAA含有率を変化させたゲルを合成し，BPA存在下での一時形状の記憶効果を検討する。さらに，可逆架橋と共有結合架橋との比率によって決定される初期形状と一時形状の2種類の安定化構造を明確にし，形状記憶機構を解明すると共に，優れた分子応答性形状記憶ゲルを合成するための設計指針を明らかにする。
ii)グルコース応答性形状記憶ゲルの構造と形状記憶効果：PBA-GEMA複合体からなる可逆架橋とMBAAからなる共有結合架橋との比率によって形状記憶効果が左右されると考えられる。そこで，PBA-GEMAゲルを合成する際のPBA含有率とMBAA含有率を変化させたゲルを合成し，一時形状の記憶効果とグルコースに応答した形状回復率を検討する。さらに，可逆架橋と共有結合架橋との比率によって決定される初期形状と一時形状の2種類の安定化構造を明確にし，形状記憶機構を解明すると共に，優れた分子応答性形状記憶ゲルを合成するための設計指針を明らかにする。
iii)複数形状を記憶する形状記憶ゲルの設計：CD-BPA複合体を可逆架橋とするネットワークとPBA-GEMA複合体を可逆架橋とするネットワークからなる相互侵入網目(IPN)ゲルを合成する。このような2種類の分子複合体を可逆架橋とするゲルの形状記憶挙動を検討する。
iv)形状記憶ゲルのセンサー応用：標的分子濃度と形状記憶率や形状回復率との関係を調べ，分子センサーや分子アクチュエータへの応用を検討する。さらに，分子種を入力情報とし，形状変化を出力情報としたAND/OR型ロジックゲートへの応用も検討する。
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