2018 Fiscal Year Research-status Report
ナノプレートモデルを基盤とした界面ミクロ相分離の新理論モデルの構築
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18K12080
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
村上 大樹 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (80588145)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | バイオマテリアル / ナノプレートモデル / 相分離構造 / 原子間力顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体との親和性に優れたバイオマテリアルは今後の医療を支える重要な材料として広く研究されている。研究代表者のこれまでの研究ではバイオマテリアル界面に存在するナノメートルスケールの相分離構造がその機能に大きな影響を及ぼしていることを明らかにしてきた。そのような界面相分離構造の存在は日本のバイオマテリアル研究の権威である鶴田禎二博士が2010年に提唱した「ナノプレートモデル」により理論的に予測されている。
本研究ではナノプレートモデルをさらに発展させた新理論モデルの構築を目的としている。具体的にはナノプレートモデルは相分離の割合を予測することが可能であるが、相分離構造のサイズは理論に含まれていない。本研究では新モデル構築のため、(A)ナノキューブのサイズ、(B)ナノキューブの界面エネルギー、(C)ナノキューブの分散エントロピーを導入する。ナノキューブのサイズや界面エネルギーをどのような値に設定するかは現実の系に則して決定する必要があるため、本年度はまず(A)ナノキューブのサイズに対応する界面構造サイズの実験的な制御を試みた。バイオマテリアルを構成する高分子の分子量や化学構造を変更し、その際の界面相分離構造のサイズを原子間力顕微鏡により定量した。結果としては予想に沿って界面相分離構造のサイズを制御することに成功した。さらに界面構造の変化に伴ってバイオマテリアル機能が大きく変化することも実験的に実証することにも成功した。これらの成果は複数の学術論文や学会発表を通して世間に発表し、大きな反響も頂いている。
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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
当初計画では本年度と次年度で界面相分離構造サイズの制御の実験的な制御を達成することを目的としていた。実際には本年度の成果として、高分子の分子量による界面相分離構造サイズの制御は予定に沿って成功し、さらにその界面構造の変化がバイオマテリアル機能に大きな影響を与えることも解明した。それらの成果は複数の論文や学会発表を通して報告も行っている。次段階である界面エネルギーによる界面構造の制御にも既に着手しており、当初予定に比べて順調に研究が進行していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は高分子の化学構造を変えて界面エネルギーを変化させることによって、界面構造サイズを実験的に制御することを試みる。それが成功した段階で、実験的に決定した高分子設計の変化と界面構造の変化を、理論的にモデル中に導入する試みを行う。その試みは熱力学や計算科学を土台として行う予定である。さらに発展させた理論モデルを用いて実験結果を予測することまでを目標としており、それが達成できれば今後のバイオマテリアル設計のための重要な指針を打ち立てる成果に繋がると期待できる。
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| Causes of Carryover |
高分子と水との相互作用解析を行うためのフーリエ変換赤外分光測定装置の購入を計画していたが、界面構造観察で期待以上の成果を上げられたため、本年度は界面構造観察に注力し、相互作用解析を行うには至らなかった。当初予定でも高分子と水の相互作用解析を中心的に行うのは第2年度以降を予定していたため、当初予定からの研究計画の大きな変更はなく、翌年度に繰り越して執行する予定である。
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