Biomacromolecule responsive hydrogels that exhibit transient volume changes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K18195
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 90120:Biomaterials-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Nakamoto Masahiko 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30883003)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 刺激応答性ハイドロゲル / 過渡的応答 / 酵素 / 分子認識 / 非平衡機能

Outline of Final Research Achievements

Positively charged poly-peptide (poly-lysine) was used as a fuel. A hydrogel with both affinity and digestive capacity for a fuel was prepared by introducing negatively charged group (acrylic acid) and proteolytic enzyme (acrylated trypsin) in poly-acrylamide-based hydrogel. The hydrogel showed transient volume change in response to the addition of fuel. In addition, poly-lysine-fueled transient volume change of the hydrogel could induce transient release of payload. In summary, we demonstrated for the first time biomacromolecule fueled transient volume changes of the synthetic hydrogel.

Free Research Field

高分子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の刺激応答性ハイドロゲルおよびその機能のほとんどは平衡論的な機能設計にとどまっており、生体高分子を燃料として非平衡機能を示すハイドロゲルの例はない。本研究では栄養摂取、代謝、そして老廃物排泄により維持される生体から着想を得て、標的生体高分子を燃料として、非平衡かつ巨視的な構造・物性変化を示すハイドロゲル材料を実証し、その設計原理を明らかにすることを研究目的とした。生体高分子に応答したハイドロゲルの非平衡機能を実現する本研究課題は、生命現象を制御する『生き物のようにダイナミックにはたらく刺激応答性ハイドロゲル』開発にむけた基礎的な知見となる。