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2019 Fiscal Year Annual Research Report

応力発光性分子プローブを利用する高分子材料中の微小応力の可視化

Research Project

Project/Area Number 19J23009
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

加藤 颯太  東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Keywords高分子溶液の凍結 / 高分子の結晶化 / 共焦点顕微鏡観察 / テトラアリールスクシノニトリル / 学術論文の表紙掲載 / 球晶の成長過程
Outline of Annual Research Achievements

高分子材料に機能性を付与する研究として、力学的刺激に応答して色変化を示す「メカノクロミック材料」があり、材料の損傷検知などへの応用に期待されている。力に応答して色変化を示す分子骨格を高分子鎖中に導入する設計である。本研究では、研究室で開発されたテトラアリールスクシノニトリル(TASN)に着目した。TASNは力に応答して中心C-C結合が均一開裂し桃色着色と黄色蛍光を示すラジカル種を発生するため、色変化のみならず、電子スピン共鳴測定による発生ラジカルの直接定量や蛍光顕微鏡による直接的観察が可能である。
そこで力の伝達メカニズムの検出対象を「高分子溶液の凍結」と「高分子の結晶化」の2点に絞った。「高分子溶液の凍結」では、過去にTASNを有する架橋ポリウレタンゲルの凍結により、溶媒の凝固する力を利用し凍結誘起メカノフルオレッセンスを発現させた。今年度は、さらに架橋構造を最適化することで発生ラジカルを最大化し、冷却過程で生じるラジカルを利用した新規有機反応への展開に成功した。冷却下での反応を証明するために長い時間を費やしたが、蛍光色素の重合性モノマーとの反応性を評価することでその証明に成功した。本成果はすでに論文として執筆が完了し投稿準備に入っている。
「高分子の結晶化」では、TASNを有する結晶性高分子の結晶化ひずみの力を利用し結晶化誘起メカノフルオレッセンスを発現させ、等温結晶化過程における蛍光顕微鏡観察により球晶の成長を捉えることに成功した。昨年度までは達成できなかった、等温結晶化過程における球晶成長を蛍光顕微鏡で追跡することに成功し、高分子の一次構造が結晶化歪みに与える影響を定量的に明らかにした。本成果もすでに論文として執筆が完了し投稿準備に入っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

学会発表では、博士課程に進学する以前から多数受賞していますが、今年度も受賞を重ねています。
今年度は当初の計画に従って期待通りに研究が進展し、本研究の最終目標としている「高分子溶液の凍結」と「高分子の結晶化」という二つの力学的刺激を可視化させる研究において着実な進捗が見られています。具体的には第一著者として執筆した論文が表紙に選出されました。さらにこれを発展させた内容について、国際学術誌に投稿する論文を2本執筆し、投稿準備段階に入っています。またこれらの論文に加え、国際的な共同研究成果も国際学術誌に掲載されました。今後も新たな分野の開拓とさらなる研究の発展が見込まれます。

Strategy for Future Research Activity

本研究は、低温下での反応に関する独創的な知見や結晶性制御により力学物性の損失を減少させる技術へと発展する可能性を秘めている。現在は、「高分子溶液の凍結」と「高分子の結晶化」をより詳細に解析するツールとしてTASNの一部を共有結合で連結させた新規メカノフォアの創製を行なっており、材料の力学特性にまで範囲を拡張する。

  • Research Products

    (12 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Journal Article] Introducing static cross-linking points into dynamic covalent polymer gels that display freezing-induced mechanofluorescence: enhanced force transmission efficiency and stability2019

    • Author(s)
      Kato, S. Aoki, D. Otsuka, H.
    • Journal Title

      Polymer Chemistry

      Volume: 10 Pages: 2636-2640

    • DOI

      10.1039/c9py00204a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Internal Structure of Hyaluronic Acid Hydrogels Controlled by Iron(III) Ion-Catechol Complexation2019

    • Author(s)
      Ryu, J. Kim, S. Oh, I. Kato, S. Kosuge, T. Sokolova, A. V. Lee, J. Otsuka, H. Sohn, D.
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 52 Pages: 6502-6513

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.9b00889

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 蛍光性メカノクロモフォアによる高分子結晶化の可視化2020

    • Author(s)
      加藤颯太, 青木大輔, 及川和聡, 土屋康佑, 嶋田直彦, 丸山厚, 沼田圭司, 大塚英幸
    • Organizer
      第69回 高分子学会年次大会
  • [Presentation] Toughening Polymer Networks via Freezing-Induced Radical Generation2020

    • Author(s)
      Sota Kato, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • Organizer
      第100回 日本化学会春季年会
  • [Presentation] 異なるラジカル種を発生する非対称メカノクロモフォアを有するメカノクロミックポリマーの創製2020

    • Author(s)
      簗田耕作, 加藤颯太, 青木大輔, 大塚英幸
    • Organizer
      第69回 高分子学会年次大会
  • [Presentation] 蛍光性メカノクロモフォアを導入した結晶性高分子の結晶化誘起メカノフルオレッセンス2019

    • Author(s)
      加藤颯太, 青木大輔, 嶋田直彦, 丸山厚, 大塚英幸
    • Organizer
      第68回 高分子学会年次大会
  • [Presentation] Freezing-Induced Toughening of Dynamic Polymer Gels Based on Mechanoresponsive Monomer Insertion Reactions into Cross-linking Points2019

    • Author(s)
      Sota Kato, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • Organizer
      The 7th International Conference on Self-Healing Materials (ICSHM2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 架橋高分子ゲルの凍結誘起型応力蛍光:架橋構造の最適化とラジカル反応への展開2019

    • Author(s)
      加藤颯太, 青木大輔, 大塚英幸
    • Organizer
      第9回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] 非対称ラジカル系メカノクロモフォアの開発と高分子反応への展開2019

    • Author(s)
      簗田耕作, 加藤颯太, 青木大輔, 大塚英幸
    • Organizer
      第9回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] Toughening Polymer Networks via Freezing-Induced Fluorescent Radical Generation2019

    • Author(s)
      Sota Kato, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • Organizer
      CEMS International Symposium on Supramolecular Chemistry and Functional Materials 2019 (CEMSupra 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Toughening Polymer Networks via Freezing-Induced Radical Generation Based on Mechanocleavable Fluorescent Dynamic Covalent Bonds2019

    • Author(s)
      Sota Kato, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019 (MRM 2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Freezing-Induced Radical Generation toward Toughening Polymer Networks2019

    • Author(s)
      Sota Kato, Daisuke Aoki, Hideyuki Otsuka
    • Organizer
      MechanoChemBio2019
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-01-27  

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