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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Preparation of mechanobiological polymer gels by independent control of mechanical/chemical properties

Research Project

Project/Area Number 20H02804
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

上木 岳士  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (00557415)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中西 淳  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (60360608)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywordsイオン液体 / イオンゲル / 高分子ゲル / メカノバイオロジー / ブロック共重合体 / アゾベンゼン / 界面 / 幹細胞
Outline of Annual Research Achievements

高分子ゲルの溶媒成分のエンジニアリングにより、ソフト材料の力学および化学的性質の独立制御を目指す。具体的にはデザイナーズソルベントとして知られるイオン液体(IL)をゲル化の溶媒に用い、これに溶解(膨潤)する高分子(網目)の合理設計によりメカノバイオロジー研究に貢献する非水系in vitro細胞足場材料を提案する。本年度までにILないしはイオンゲル界面における細胞培養に関する成果をまとめた原著論文を投稿した。また、イオンゲル材料設計の指針をまとめた総説を執筆し、本年度早々に受理された。(Chem. Rec., 2023 in press.)一方、本研究を進める中で以下のような新しい知見に接し最終年度までに、すべて論文化した。1.特定の反応条件下、IL中でメタクリル酸エステル等のビニルモノマーの重合を行うと超高分子量体が生成され、分子の絡み合い架橋に基づく高強度、自己修復性ゲルが得られる。(Sci. Adv. 2022, 8, eadd0226.)2.ここで得られるイオンゲルの力学物性は高分子網目のみならず溶媒構造で自在に制御可能である(Soft Matter 2022, 18, 8852.)。3.従来、極性の大小関係で説明されてきたアゾベンゼン含有高分子の溶解性が一定の分子量領域において完全に反転する。(Macromolecular Rapid Communications, 2023, in press.)現在、1,2の方法論を本研究で見出した細胞無毒性IL系に適用、ゲル界面の極性(化学的性質)と応力緩和、弾性率(力学的性質)の独立制御が可能なin vitro細胞足場材料の検討を進めている。また3.で得られた知見を踏まえ、アゾベンゼンの光異性化反応とゲル網目の粗密がカップリングした、細胞に力学ストレスを与えるゲル足場材料の設計に着手している。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Adaptive ion-gels: Stimuli-responsive, and self-healing ion gels2023

    • Author(s)
      Ryota Tamate*, Takeshi Ueki*
    • Journal Title

      Chem. Rec.

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1002/tcr.202300043

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Polarity does not matter: Molecular weight reverses the photoisomerization-induced phase separation of an azobenzene-bearing polymer2023

    • Author(s)
      Kenta Homma, Alice C. Chang, Shota Yamamoto, Takeshi Ueki*, Jun Nakanishi*
    • Journal Title

      Macromolecular Rapid Communications

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1002/marc.202300118.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Single-step wet-process formation of dual-layer superslippery coating with transparency and robust omniphobicity2022

    • Author(s)
      Mizuki Tenjimbayashi*, Gen Hayase, Takashi Hiroi, Takeshi Ueki
    • Journal Title

      Adv. Mater. Interf.

      Volume: 9 Pages: 2200497

    • DOI

      10.1002/admi.202200497

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Self-oscillating triblock terpolymers exhibiting an autonomous sol/gel oscillation with a built-in oxidizing agent2022

    • Author(s)
      Toshiki Yoshizawa, Michika Onoda, Takeshi Ueki*, Ryota Tamate, Aya Mizutani Akimoto, Ryo Yoshida*
    • Journal Title

      Chem. Mater.

      Volume: 34 Pages: 6460-6467

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.2c01161.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low mobility of the random coil of poly(benzyl methacrylate) dissolved in 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide studied by small angle X-ray scattering and 1H high-resolution magic-angle spinning NMR2022

    • Author(s)
      Takeshi Morita*, Hitomi Okada, Taisei Yamada, Ryo Hidaka, Takeshi Ueki, Kazuyuki Niitsuma, Yuzo Kitazawa, Masayoshi Watanabe, Keiko Nishikawa, Kenjirou Higashi*
    • Journal Title

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      Volume: 24 Pages: 26575-26582

    • DOI

      10.1039/d2cp02207a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Highly stretchable and self-healable polymer gels from physical entanglements of ultrahigh molecular weight polymers2022

    • Author(s)
      Yuji Kamiyama, Ryota Tamate*, Takashi Hiroi, Sadaki Samitsu, Kenta Fujii, Takeshi Ueki*
    • Journal Title

      Sci. Adv.

      Volume: 8 Pages: eadd0226

    • DOI

      10.1126/sciadv.add0226.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Controlling mechanical properties of ultrahigh molecular weight ion gels by chemical structure of ionic liquids and monomers2022

    • Author(s)
      Yuji Kamiyama, Ryota Tamate*, Kenta Fujii, Takeshi Ueki*
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 18 Pages: 8582-8590

    • DOI

      10.1039/D2SM00853J

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 疎水性イオン液体の界面を用いた細胞培養2023

    • Author(s)
      上木岳士
    • Organizer
      イオン液体先端課題研究会 -イオン液体学の構築を目指して Vol. 2 バイオ材料・ライフサイエンス応用への道
    • Invited
  • [Presentation] 可視光による弾性制御が可能な動的足場材料の開発2022

    • Author(s)
      逢坂悠奈、本間健太、山本翔太、上木岳士、上村真生、中西淳
    • Organizer
      第33回高分子ゲル研究討論会
  • [Presentation] 超高分子量ポリマーの絡み合い架橋に基づく高強度・自己修復イオンゲル2022

    • Author(s)
      上山祐史、玉手亮多、藤井健太、上木岳士
    • Organizer
      第33回高分子ゲル研究討論会
  • [Presentation] RAFT重合誘起自己組織化(RAFT-PISA)によるプロトン供給部位を内包した新規コアシェル型自励振動高分子の作製2022

    • Author(s)
      小野貴裕、榎本孝文、小野田実真、上木岳士、玉手亮多、秋元文、吉田亮
    • Organizer
      第33回高分子ゲル研究討論会
  • [Presentation] Poly(2-isopropyl-2-oxazoline)のイオン液体中におけるLCST相分離とその溶液物性2022

    • Author(s)
      植田まい、上山祐史、上木岳士、渡辺啓介、勝本之晶
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同九州大会
  • [Presentation] Design of photo-reversible hydrogel for investigating cellular responses to dynamic mechanics of the microenvironment2022

    • Author(s)
      Kenta Homma, Ching-Hsuan Chang, Ryota Tamate, Shota Yamamoto, Takeshi Ueki, Jun Nakanishi
    • Organizer
      The 5th international union of materials research societies international conference of young researchers on advanced materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 可視光照射による双方向の弾性制御が可能なメトキシアゾベンゼン含有ハイドロゲル細胞足場の開発2022

    • Author(s)
      逢坂悠奈、本間健太、山本翔太、上木岳士、中西淳
    • Organizer
      第10回Chem-Bio joint seminar
  • [Presentation] Development of visible light-responsive dynamic scaffold materials2022

    • Author(s)
      Yuna Osaka, Kenta Homma, Shota Yamamoto, Takeshi Ueki, Masao Kamimura, Jun Nakanishi
    • Organizer
      13th international Gel Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Highly stretchable and self-healable polymer gels from physical entanglements of ultrahigh molecular weight polymers2022

    • Author(s)
      Ryota Tamate, Yuji Kamiyama, Takashi Hiroi, Sadaki Samitsu, Kenta Fujii, Takeshi Ueki
    • Organizer
      13th international Gel Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Solution property on the LCST-type phase transition of poly(2-isopropyl-2-oxazoline) in ionic liquids2022

    • Author(s)
      Mai Ueda, Yuji Kamiyama, Takeshi Ueki, Keisuke Watanabe, Yukiteru Katsumoto
    • Organizer
      13th international Gel Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 可視光照射による弾性制御が可能なメトキシアゾベンゼン含有ハイドロゲル細胞足場の開発2022

    • Author(s)
      逢坂悠奈、本間健太、山本翔太、玉手亮多、猿渡彩、王洪欣、上木岳士、上村真生、中西淳
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] 超高分子量ポリマーの絡み合いからなる物理架橋イオンゲルの力学特性及び自己修復特性2022

    • Author(s)
      上山祐史、玉手亮多、藤井健太、上木岳士
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] Poly(2-isopropyl-2-oxazoline)およびpoly(N-isopropylacrylamide)/イオン液体系の相挙動2022

    • Author(s)
      植田まい、上山祐史、上木岳士、渡辺啓介、勝本之晶
    • Organizer
      第12回イオン液体討論会
  • [Presentation] イオン液体およびポリマーの化学構造による超高分子量イオンゲルの力学・自己修復特性制御2022

    • Author(s)
      上木岳士、上山祐史、玉手亮多、藤井健太
    • Organizer
      第12回イオン液体討論会
  • [Presentation] イオン液体中における超高分子量ポリマー形成:高強度・自己修復ゲル電解質への応用2022

    • Author(s)
      上木岳士、上山祐史、玉手亮多、藤井健太
    • Organizer
      第12回イオン液体討論会
  • [Presentation] Mechanical and self-healing properties of ion gels based on ultra-high molecular weight polymers2022

    • Author(s)
      Yuji Kamiyama, Ryota Tamate, Kenta Fujii, Takeshi Ueki
    • Organizer
      13th international Gel Symposium 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Book] 第12章ゲル”イオン液体を用いた自己修復性ソフトマテリアル” イオン液体の実用展開へ向けた最新動向2022

    • Author(s)
      玉手亮多、上山祐史、上木岳士
    • Total Pages
      8
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      978-4-7813-1674-1
  • [Remarks] NIMS研究者総覧 SAMURAI

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/ueki_takeshi

URL: 

Published: 2023-12-25  

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