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2020 Fiscal Year Annual Research Report

発動ナノゲルの高次組織化による集団行動システムの人工構築

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion
Project/Area Number 19H05388
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

鈴木 大介  信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (90547019)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Keywordsナノゲル / 自己組織化 / 高分子微粒子
Outline of Annual Research Achievements

i) 発動ナノゲル集積体の集団行動システムの制御に向け、前年度に合成した、化学反応に対して任意のタイミングで応答する事が可能なダブルシェル構造を有する発動ナノゲルの構造制御を実施した。シード沈殿重合法を活用し、発動ナノゲルのサイズや、各シェル層の厚さ・架橋密度を最適化することで、前年度の課題であったサイズ変化の減少を改善することに成功した。さらに、設計したナノゲルを集積化することで、周期的に酸化・還元を繰り返す化学反応と同期して自発的に膨潤・収縮し、環境変化に伴い、任意に体積振動を繰返し停止する事が可能なナノゲル集積体を創製した。
ii) 昨年度に実施したナノゲルの一次元集積体の作成方法を改善し、集積体の長さや幅の制御を試みた。特に、光学顕微鏡法を活用することで、温度に応答して複数の一次元集積体が会合しながら収縮する挙動を観察することに成功した。ナノゲルが高次に集積化されたからこその体積変化の増加と考えられる。
iii) ナノゲルの集団行動システムの理解に向け、領域内共同研究を通じ、集積化させたナノゲルの刺激応答挙動を評価した。温度を制御する事が可能な高速原子間力顕微鏡法を活用することで、二次元集積体を形成するナノゲルの構造や温度応答性を定量的に評価した。その結果、集積化に伴い、ナノゲル同士が圧縮され、六角形状に変形して集積化されている様子を観察した。また、ナノゲル間の表面にある高分子鎖の相互貫入や圧縮の影響により、孤立状態とは異なる温度応答挙動を示すことを明らかにした。本結果は、単一微粒子の刺激応答性を、ナノゲルを集団とした際に如何に増幅させるかという課題に関して、設計指針を与えるものである。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Nanostructure and thermoresponsiveness of poly(N-isopropyl methacrylamide)-based hydrogel microspheres prepared via aqueous free radical precipitation polymerization2021

    • Author(s)
      Nishizawa Yuichiro、Minato Haruka、Inui Takumi、Saito Ikuma、Kureha Takuma、Shibayama Mitsuhiro、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 11 Pages: 13130~13137

    • DOI

      10.1039/D1RA01650D

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Recent Development in the Visualization of Microgels2021

    • Author(s)
      Yuichiro Nishizawa、Kenshiro Honda、Daisuke Suzuki
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1246/c1.210028

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Belousov Zhabotinsky Reaction in Thermoresponsive Core Shell Hydrogel Microspheres with a Tris(2,2′-bipyridyl)ruthenium Catalyst in the Core2020

    • Author(s)
      Inui Kohei、Watanabe Takumi、Minato Haruka、Matsui Shusuke、Ishikawa Keito、Yoshida Ryo、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 124 Pages: 3828~3835

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c02238

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermoresponsive structural changes of single poly(N-isopropyl acrylamide) hydrogel microspheres under densely packed conditions on a solid substrate2020

    • Author(s)
      Minato Haruka、Nishizawa Yuichiro、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 52 Pages: 1137~1141

    • DOI

      10.1038/s41428-020-0372-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nanostructures, Thermoresponsiveness, and Assembly Mechanism of Hydrogel Microspheres during Aqueous Free-Radical Precipitation Polymerization2020

    • Author(s)
      Nishizawa Yuichiro、Minato Haruka、Inui Takumi、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 37 Pages: 151~159

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.0c02654

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ru(bpy)3金属触媒を担持したゲル微粒子の合成と化学振動反応の制御2020

    • Author(s)
      乾滉平
    • Organizer
      第71回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] 温度応答性コアシェル型ゲル微粒子による化学振動反応のオン‐オフ制御2020

    • Author(s)
      乾滉平
    • Organizer
      第69回高分子討論会
  • [Presentation] 階層化発動ナノゲルによる新機能創出2020

    • Author(s)
      鈴木大介
    • Organizer
      第10回CSJ化学フェスタ
    • Invited
  • [Presentation] 自律駆動ゲル微粒子のコアシェル化による時間周期機能のオン-オフ制御2020

    • Author(s)
      乾滉平
    • Organizer
      第30回日本MRS年次大会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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