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Accurate understanding of the surface potential in polymer soft interfaces and the bio-applications

Research Project

Project/Area Number 20H02795
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 35020:Polymer materials-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Masuda Tsukuru  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (70814010)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
Keywords高分子ソフト界面 / 表面電位 / 精密ラジカル重合 / 生体材料 / 水晶振動子マイクロバランス / 分子間相互作用解析
Outline of Research at the Start

表面電位は界面機能を支配する重要な因子のひとつである。その指標としてゼータ電位が一般的に用いられるが、溶媒・イオンが浸透するソフト界面では厳密にはゼータ電位が定義できない。本研究課題では、高分子の精密重合を利用して系統的に構造制御したモデル界面を調製し、界面導電現象の解析と実際の表面構造の対応を調査することで、高分子ソフト界面の表面電位の正確な理解を目指す。イオン性のソフト界面を正確に理解することにより、その応用として抗菌性表面の設計指針につながると期待される。

Outline of Final Research Achievements

Surface potential is one of the important factors affecting the functionality of the interfaces. In this study, model interfaces were systematically prepared by controlled radical polymerization to investigate the electrophoretic behavior and interaction to biomolecules and cells. For the cationic polymer brushes possessing quaternary ammonium moiety, the equation for the solid surface was suited, and interaction to protein was regulated by the electrostatic interaction. The interaction analysis to bacteria suggested that initial adsorption of bacteria on the high-graft-density polymer brush strongly interacted compared to that of the low-graft-density polymer brush. This result was considered to involve in the bactericidal ability. Thus, structure-property relation for polymer materials and precise interaction analysis indicated the mechanism for bactericidal materials.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では高分子材料合成と構造-物性相関及び相互作用解析の精緻な研究から、高分子界面の構造がタンパク質のような分子スケールの対象からバクテリアの接着挙動・活性に及ぼす影響を評価することに成功している。抗菌材料は、医療・環境分野において重要な材料であり、その設計に関わるメカニズムを精密な相互作用解析から示したことは高分子材料・生体材料分野において意義のある貢献である。今後さらに、高分子の化学構造が相互作用に及ぼす影響を解析することで、分子レベルのメカニズムや抗菌材料の設計指針につながることが期待される。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (43 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 2 results) Presentation (35 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 5 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Superior antibacterial surfaces using hydrophilic, poly(MPC) and poly(mOEGMA) free chains of amphiphilic block copolymer for sustainable use2024

    • Author(s)
      Masuda Tsukuru、Yoshizawa Shoichi、Noguchi Aya、Kozuka Yuta、Isu Norifumi、Takai Madoka
    • Journal Title

      Heliyon

      Volume: 10 Issue: 4 Pages: e26347-e26347

    • DOI

      10.1016/j.heliyon.2024.e26347

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    • Author(s)
      Kozuka Yuta、Masuda Tsukuru、Isu Norifumi、Takai Madoka
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 40 Issue: 13 Pages: 7029-7037

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.4c00086

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      Masuda Tsukuru
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: - Issue: 7 Pages: 643-652

    • DOI

      10.1038/s41428-024-00908-7

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      Masuda Tsukuru、Watanabe Yoichi、Kozuka Yuta、Saegusa Yui、Takai Madoka
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 39 Issue: 46 Pages: 16522-16531

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.3c02472

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      Masuda Tsukuru、Takahashi Shutaro、Ochiai Takuro、Yamada Takayoshi、Shimada Naohiko、Maruyama Atsushi
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 14 Issue: 48 Pages: 53558-53566

    • DOI

      10.1021/acsami.2c17435

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    • Author(s)
      Masuda Tsukuru, Takai Madoka
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry B

      Volume: 10 Issue: 10 Pages: 1473-1485

    • DOI

      10.1039/d1tb02508b

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      Masuda Tsukuru、Takai Madoka
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      Polymer Journal

      Volume: 52 Issue: 12 Pages: 1407-1412

    • DOI

      10.1038/s41428-020-00401-x

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      小塚 友太、増田 造、高井 まどか
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      Tsukuru Masuda, Shiwei Su, Yoichi Watanabe, Madoka Takai
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    • Author(s)
      増田造・坂本和歌子・嶋田直彦・丸山厚(他、著者多数・監修:荏原充宏)
    • Total Pages
      315
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781316116
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URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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