超音波照射による超分子であるポリロタキサンの安定性と分解挙動の実験的研究

• Project/Area Number: 25922001
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 工学Ⅴ(その他工学)
• Research Institution: 兵庫県立飾磨工業高等学校多
• Principal Investigator: 宇都宮 英人 兵庫県立飾磨工業高等学校多部制単位制, 基礎工学科エネルギー環境系, 教員
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: 超分子 / 超音波 / ポリロタキサン

Research Abstract

近年の目覚ましい技術革新を支え、様々な分野で利用されている機能性材料の設計はさらに注目を集めており、世界中で多くの研究報告がされている。最先端材料として注目され、一部実用化も進む材料の中にも、まだまだ未開の領域が多く存在し、その可能性は未知数である。とりわけ、超分子と呼ばれるポリロタキサンに焦点を当て、本研究は遂行された。具体的には、ソノケミストリーの概念から、超音波を超分子であるポリロタキサン希薄水溶液に照射し実験を行った。今回の実験で用いたポリロタキサンは、軸分子としてポリエチレングリコール、環状分子としてα-シクロデキストリンを主な構成成分とした。さらに、軸分子上に貫通可能である環状分子の数を化学量論的に求め、貫通率・貫通数を求めた。初めに、構成分子である、環状分子は単独でもポリロタキサン上においても、分解されずに安定である事が確認された。一方、線状高分子であるポリエチレングリコール(平均分子量20,000)は分子量約1,000程度にまで分解されることが確認された。ポリロタキサンでは、これらの環状分子におおわれていることによる遮蔽効果によって、軸分子である線状高分子のポリエチレングリコールが分解されないことが期待されたが、貫通率約30%のポリロタキサンは分解されることが確認された。合成の困難さから貫通率100%の試料の準備が不可能であった。一方、ポリロタキサンの分解には、合成段階で分解部位を導入し、それに合わせて環境を変化させる必要があったが、外部刺激により分解が可能であり、また分解部位を導入しなくても軸分子を分解できることが証明された。さらに、軸分子も低分子化されることから、これまでの末端のみからの放出に比べて、同時多発的な環状分子の放出が可能となることも容易に推測することが可能となり、新たな刺激応答材料としての可能性が示唆された。合成高分子材料の最大の欠点の一つである、分解の困難さから引き起こされる環境への影響を今回の材料を通じて改善示唆することができた。また、非接触による分解の可能性も示すことができた。最後に、用いたポリロタキサンにおいて、機能発現後の処理においての研究は未開であり、生体と環境によってそれぞれ異なる理解が必要となるが、生体適合性材料としての可能性は既報の通りであり、低環境負荷材料としての可能性が分解によって示唆された初めての報告でありさらなる研究が期待され、今後の研究報告を待ちたい。

Research Products

• [Remarks] 課題研究発表会2014飾磨工業高等学校多部制(2014/1/24兵庫県立飾磨工業高等学校大講義室)