2019 Fiscal Year Research-status Report
有機-無機複合ネットワーク構造の精密制御によるＮＣゲル材料・機能の新展開－
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18K05242
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
原口 和敏 日本大学, 生産工学部, 研究所教授 (10373391)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 悠二 日本大学, 生産工学部, 助教 (40717451)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ゲル / 有機-無機ハイブリッド / クレイナノシート / 水溶液 / アルコール溶液 / 粘度 / 生体材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有機－無機ネットワーク構造およびクレイ－高分子（又は媒体）間相互作用を独自の手法で設計・制御して、新規なナノコンポジット（NC）ゲルの開発および機能発現を目指した研究を推進している。本年度の主な実績を以下に示す。
（１）ＮＣゲルの特異的機能の解明と機能最大化に関しては、NCゲルの主要成分であるクレイ分散液に少量の溶質を添加することで、大きな粘度極大を示すことを見出した。これはクレイナノシートが溶質添加によりナノ分散→ネットワーク形成→クラスター凝集へ変化するためと考察された。また、このクレイ分散液が静置状態でも異常な粘度変化を示すこと、更に、粘度変化の型は溶質によって異なり、無機溶質では一山型変化を、有機溶質では一山型と二山型の変化を示すことを見出した。
（２）新規NCゲルの合成に関しては、混合法による特定親水性高分子／クレイ分散液が低ポリマー濃度（0.2 wt%）においてゲル化することを昨年度見出した。本年度は、範囲を生体関連高分子にまで広げて検討し、幾つかの生体関連高分子（例：アルギン酸、コンドロイチン硫酸CNa）が低ポリマー濃度でゲル化することを見出した。
（３）多成分系ＮＣゲルの創製研究では、新たにポリビニルアルコール（PVA）ゲルを対象として研究を開始した。PVA水溶液を凍結解凍することで強靭なPVAゲルが得られることが知られているが、オートクレーブ(AC)滅菌処理により水溶液に戻る欠点があった。本年度は、PVAとクレイと他の水溶性高分子を組み合わせた三成分系PVA複合ゲルでAC処理耐性が得られることを見出した。今後、該AC耐性PVA複合ゲルの力学物性および透明性の制御を目指す。
（４）水―特定アルコール水溶液で、特異的な低粘度化現象および異常な融解現象が発現することを見出した。それらの現象の最大化検討およびメカニズム解明を開始した。
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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
目的とした有機―無機ネットワーク構造およびクレイ－高分子（又は媒体）間相互作用の設計・制御による、新規ナノコンポジットゲル（ＮＣゲル）の開発および機能発現について、幾つかの新たな成果を得た。昨年度（初年度）から今年度（２年度）を合わせると、研究成果を４報の論文・総説にまとめ、投稿し掲載された。また、３冊の著作（共著）を行い、更に、合計２２件の招待講演（含む国際学会）・発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
有機―無機ネットワーク構造およびクレイ－高分子（又は媒体）間相互作用の設計・制御による新たなナノコンポジットゲル（ＮＣゲル）の開発および機能発現に関する研究を更に進める。具体的には、下記のような推進方策に基づき進める。
（１）ＮＣゲルの特異的機能の解明と機能最大化に関しては、本年度大きな発見があったクレイナノシート分散液への溶質添加による大きな粘度極大の発現、および静置状態での特異的粘度変化について、それらの発現メカニズムの解明を進める。更に、現在進めているＮＣゲルの乾燥性制御について、透明性や力学物性を維持した非乾燥性NCゲルの合成を達成する。
（２）新規ＮＣゲルの合成に関しては、本年度に引き続き、親水性高分子とクレイの各水溶液の混合によるゲル化挙動を広範囲な高分子について検討し、最適な高分子-クレイ混合系を確立する。また、NCゲルの超膨潤性化についても探索する。
（３）ＮＣゲルの機能性開拓においては、PVAとクレイと他の水溶性高分子を組み合わせた三成分系PVA複合ゲルのオートクレーブ処理耐性を更に向上させると共に、力学物性および透明性の制御を目指す。また、昨年度報告したNCゲルの接着性について、親水性多孔質基材以外への更なる展開を目指す。
（４）本年度見出した、水―特定アルコール水溶液での特異的な低粘度化現象および異常な融解現象について、機能最大化およびそれらの機構解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
研究に関してはほぼ計画通りの進展が見られたが、使用額については下記の理由で次年度使用額が生じた。一つに、計画した学術論文作成が途中で年度が終わり、校正などの費用が発生しなかった。また、そのため、学会発表計画が一部来年度に繰り越された。更に、実験に必要な薬品の一部が計画より発注が遅れた。
次年度使用額となった金額は、次年度において論文校正費用、学会発表費用、および薬品購入に使用予定。
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