導電性シルクの二次構造制御とウェアラブルセンサーへの展開
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22K02197
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 08030:Family and consumer sciences, and culture and living-related
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| Research Institution | Kumamoto Industrial Research Institute |
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Principal Investigator |
堀川 真希 熊本県産業技術センター(ものづくり室、材料・地域資源室、食品加工室), その他部局等, 研究参事 (50588465)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永岡 昭二 熊本県産業技術センター(ものづくり室、材料・地域資源室、食品加工室), その他部局等, 研究参事 (10227994)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
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| Keywords | PEDOT / フィブロイン / シルク / 導電性高分子 / 導電材料 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、申請者が以前開発した導電性高分子ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/硫酸化セルロースナノファイバー（PEDOT/s-CNF）とシルクをコンポジット化して、導電性シルクを開発する。シルク表面へのPEDOT直接固定化についても検討する。シルクタンパク質であるフィブロインの二次構造を制御（ランダムコイル、αヘリックスおよびβシート）して、PEDOT分子を配向させることにより、高導電性シルクの開発を行う。導電性シルク繊維は無機物がコーティングされた既存の導電性繊維と比べて柔軟性や吸湿性が高く、シルクの特性を生かした着心地が良いウェアラブルセンサーとしての利用が考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者が以前開発した導電性高分子ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/硫酸化セルロースナノファイバー(PEDOT/s-CNF)とシルクをコンポジット化して、シルクの導電化を行い、ウェアラブルセンサーへの展開を目指している。令和5年度の目標は硫酸化フィブロインを調製し、導電性高分子PEDOTを複合化させてPEDOT/硫酸化フィブロインを作製し、PEDOT/硫酸化フィブロインの二次構造と導電性の評価を行うことであった。二番目の目標としては、PEDOT/硫酸化フィブロインの実験と並行して、シルク生地表面にPEDOT/s-CNFをコーティングして導電性繊維を調製することであった。
実験の結果、今回調製した硫酸化フィブロインは硫酸基導入率が少量となり、PEDOT複合化量が減ったため、十分な導電性を得ることが難しかった。現在、引き続き、シルク原料の比表面積を増やして硫酸化するなどして、硫酸基導入率の向上の検討を行っている。上記のPEDOT/硫酸化フィブロインの実験と並行して、PEDOT/s-CNFをシルク生地に直接コーティングして導電性繊維を調製する手法についても検討した。シルク生地をPEDOT/s-CNF水溶液に浸漬させて風乾後に表面抵抗値の測定を行い、導電性があることを確認した。顕微鏡観察からも、シルク生地表面にPEDOT/s-CNFがコーティングされている様子が見られた。耐水性を調査するため、得られた導電性繊維を純水に浸漬させて撹拌後に乾燥させた。これを10回繰り返した後に表面抵抗値の測定を行った。水洗いの前後で表面抵抗値に大きな変化は見られず、耐久性があることが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和5年度の目標は、硫酸化フィブロインと導電性高分子PEDOTを複合化してPEDOT/硫酸化フィブロインを調製し、二次構造と導電性を評価することであった。また、PEDOT/硫酸化フィブロインの実験と並行して、シルク生地表面にPEDOT/s-CNFをコーティングして導電性繊維を調製する手法についても検討を行う計画であった。
フィブロインの硫酸化反応では、硫酸基導入率が少量となり、PEDOT複合化後に十分な導電性を得ることが難しかった。これは硫酸基導入率が少量であるため、それに比例してPEDOTの複合化量が少ないことが要因であると考えられる。現在、引き続き、硫酸基導入率を向上させるために硫酸化反応に用いるシルク原料の比表面積を上げることを検討中である。硫酸化試薬としてクロロスルホン酸以外を用いた反応についても、検討を行っている。上記のPEDOT/硫酸化フィブロインの実験と並行して、PEDOT/s-CNFをシルク生地に直接コーティングして導電性繊維を調製する手法についても検討した。シルク生地をPEDOT/s-CNF水溶液に浸漬後に風乾させて、導電性繊維を調製した。得られた導電性繊維は薄青色であり、これはPEDOT/s-CNF自体の青色に由来するものであり、PEDOT/s-CNFが表面に被覆されていることを示している。顕微鏡観察からも、シルク生地表面にPEDOT/s-CNFが付着していることが確認された。表面抵抗値を測定し、導電性があることを確認した。耐水性を評価するため、得られた導電性繊維を純水に浸漬させて、撹拌して乾燥させた。これを10回繰り返した後に表面抵抗値を測定した。前後で表面抵抗値に大きな変化は見られず、水洗いに対して耐久性があることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度の目標は、硫酸基導入率を向上させた硫酸化フィブロインを調製し、PEDOTと複合化させて、ウェアラブルセンサーに利用可能な高導電性繊維を作製することである。並行して、シルク生地に直接PEDOT/s-CNFをコーティングすることによって導電性繊維を調製する。得られた導電性繊維については、PEDOTの構造（キノイド構造、ベンゾイド構造）をラマン分光分析で評価し、フィブロインの二次構造をFT-IR分析で評価する。PEDOTの構造とフィブロンの構造が導電性に与える影響について解析する計画である。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
