構造の破壊過程の制御による材料機能化への新機軸

• Project/Area Number: 20H00390
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Sivaniah Easan 京都大学, 高等研究院, 教授 (10711658)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): GHALEI BEHNAM 京都大学, 高等研究院, 特定准教授 (30725411) ; 山口 大輔 京都大学, 高等研究院, 特定講師 (60370483)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥45,500,000 (Direct Cost: ¥35,000,000、Indirect Cost: ¥10,500,000); Fiscal Year 2022: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2021: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2020: ¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000)
• Keywords: クレイジング / ミクロフィブリル構造 / OMプロセス

Outline of Research at the Start

一般に欠陥は材料の機能低下を招くとされており完全な結晶の創成が求められたが、現実には完全に欠陥を排除した物質創出は困難であり、排除できないなら欠陥を積極的に利用しその生成・成長の制御による材料創成することは有益であると考えた。我々は光の定在波の周期性を利用し高分子内に不均一な層状架橋構造（欠陥）を作り出し適切にストレスを制御しつつ構造を破壊することで異方性を持った層状のミクロフィブリル構造（Organized stress Micro-fibrilization：OM）を作り出した。この異方構造を利用し用途拡大実用化を主な課題としOMプロセスの潜在的な価値を追究するべく様々な領域で研究を行う。

Outline of Annual Research Achievements

当該年度はOMプロセスに関して、制御可能な応力場の導入、OMチャネルの親水化のケミストリーの確立、スケールと次元の拡張、OMチャネルの機能化の各項目についての進捗を目指し、以下のことを達成した。(1)制御可能な応力場の導入方法として、架橋導入のためのUV照射量を局所的に変化させることにより、その後のOMプロセスで生成するマイクロチャネルの空孔サイズを可変にできる手法を確立した。(2)OMプロセスで生成したマイクロチャネルの壁面をアクリルアミドで濡らすことにより、チャネルの親水性が向上し、流路を流れる水溶液の流速が10倍程度増大した。これにより、OMで作製したポリマーシート内部に生理食塩水や擬似体液を流通させるセンサー用途の道も拓けた。(3)これまでフォトリソグラフィー用途のレーザー露光装置を学内共同利用施設（ナノハブ）で使用し、マイクロメートルスケールの高解像度・ミクロスケール印刷に特化していたが、ラボに新規にUVプロジェクタを導入することにより、印刷のスケールの拡張（マイクロメートルからセンチメートルまで）及び色調のコントラストの可変化に成功した。(4)空孔サイズの異なる流路を連結/分岐させるように設計し、OMプロセスにより作製したマイクロ流体デバイスを模倣したチップに分子量が異なる水溶性高分子（デキストラン）を混合し、二峰の分子量分布を有する水溶液を流して、分子量篩分けによる選別を試み、空孔サイズの大きい部分では両方の分子量のデキストランが共存し、空孔サイズの小さい部分で低分子量成分のみが流れていることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

OMを高機能化し、応用可能性を広げる狙いにおいて、マイクロチャネルを構成する空孔の特性のバリエーションを拡大することが、非常に重要な基礎的要件と考えているが、初年度に(1)空孔サイズを可変に制御できる方法論と(2)マイクロチャネル壁面の親水/疎水の調整を実現する方法論を見出せたことで、これらの要件をある程度満たすことができたため。

Strategy for Future Research Activity

今後、以下の項目を重点的に推進したいと考えている。OMプロセスで可能な親水性をより高める材料・ケミストリーを開発し、これによりOMで作製した皮膚への貼り付けが可能なポリマーシート内部に生理食塩水や擬似体液を流通させるウェアラブルセンサーとしての開発を進める。導入したUVプロジェクタの活用により、OMで印刷可能な（平面から局面への）次元の拡張の調査を進める。