2019 Fiscal Year Research-status Report
配向性の自由制御による新奇な高強度ゲルの創製および生物分野への応用探索
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19K21923
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
きゅう 建輝 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (40244511)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 一志 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (30507116)
境 英一 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教 (70581289)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Keywords | ハイドロゲル / ソフトマター / 配向性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では三次元網目構造を有する高強度のゲルを作製し、さらに加熱乾燥により水素再結合を起こさせ、配向度を自由に制御できる網目構造の疑似生体組織のバイオマテリアルを開発する。作製したゲルに対し、①三次元網目構造におけるセルロース誘導体の役割、②異なる条件下におけるゲルの力学特性に及ぼす水素再結合の影響、③ゲルの生物適合性と生物学的足場材料への応用について検討する。これにより、異方性を活かした様々な内部構造と力学特性を有するハイドロゲルの最適な創製条件を明らかにするとともに、バイオセンサ、生物学、組織工学などの新たな学術分野を開拓するために重要な材料創出理論を提供する。
本年度は強靱ゲルの創製方法の検討を重点的に行った．架橋剤としてカルボキシメチルセルロースを用い、導電性イオン供与体としてKClを用いることで、強靭なポリアクリル酸イオン性ゲルを得た。重合プロセスを硝酸セリックアンモニウムで開始し、可視光をトリガーとして、3Dプリンティングプロセスを用いて任意のゲル構造を簡単に作製した。結果として、カール状の高分子架橋剤とポリマー間の豊富な水素結合により、高い引張強度（約1.33MPa）、大きな伸び（>8倍）、高靭性（約5.11 MJ m-3）、および良好な自己回復特性を含む優れた機械的性能を持つイオン性ゲルを作製することができた。このイオンゲルは、柔軟なひずみセンサーに組み立てることができ、静電容量の変化を記録することで、関節の曲がりや筋肉の収縮など、人体の多様な運動をリアルタイムで正確にモニターすることができる。1000回繰り返し荷重を与えても自己回復することが可能なひずみセンサーの性能は、体の動きを検出することを可能にし、ヘルスケアモニタリングやヒューマンコンピュータのユーザーインターフェースへの応用が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和元年度はゲルの創製方法を重点的に検討した。結果として非常に優れたゲルの創製方法を提案できたが、科研費の交付決定を待っていたため、配向性の検討までには至れなかった。また、新型コロナウイルス感染症の影響により、外部機関でやるしかなかった実験ができなくなり、思うように進まなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、ゲルの創製方法を検討し、非常に優れた特性を示すゲルの開発に成功した。次年度以降はこの方法を応用し、加熱乾燥により水素再結合を起こさせ、配向度を自由に制御できる網目構造の疑似生体組織のバイオマテリアルを開発する。作製したゲルに対し、①三次元網目構造におけるセルロース誘導体の役割、②異なる条件下におけるゲルの力学特性に及ぼす水素再結合の影響、③ゲルの生物適合性と生物学的足場材料への応用について検討する。これにより、異方性を活かした様々な内部構造と力学特性を有するハイドロゲルの最適な創製条件を明らかにするとともに、バイオセンサ、生物学、組織工学などの新たな学術分野を開拓するために重要な材料創出理論を提供する。
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| Causes of Carryover |
令和元年度はゲルの創製方法を重点的に検討し、非常に優れたゲルの創製方法を提案できたが、科研費の交付決定を待っていたため、配向性の検討までには至れなかった。また、新型コロナウイルス感染症の影響により、外部機関でやるしかなかった実験ができなくなり、思うように進まなかった。成果発表も同様に新型コロナウイルス感染症の影響があり、十分にはできなかった。このため、次年度に使用する。
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