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光で内部の静電反発力をオンオフする、高速・異方性ヒドロゲルアクチュエータの創成

研究課題

研究課題/領域番号 17J10001
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 有機・ハイブリッド材料
研究機関東京大学

研究代表者

孫 志方  東京大学, 化学生命工学専攻, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードelectrostatic repulsion / hydrogels / peristaltic crawling / photo actuators / soft actuators / hydrogel / actuator / photoresponsive / nanosheet / electrostatics
研究実績の概要

In my research, I successfully developed a photoresponsive hydrogel actuator which can deform quickly (0.5 s) and largely (80 %) in an open air. The hydrogel, composed of thermoresponsive PNIPA, is embedded with magnetically aligned titanate nanosheets (TiNSs) for generating internal electrostatics, together with gold nanoparticles for photothermal conversion. We at first confirmed that AuNPs realize efficient photothermal conversion when irradiated at their conduction band (<450 nm), where the temperature becomes higher than the LCST of PNIPA. The phase transition of PNIPA should cause the enhancement of the electrostatic repulsion between the TiNSs, thereby leading to the deformation of the hydrogel. Indeed, this cascade mechanism worked in the PNIPA hydrogel embedded with TiNSs and AuNPs. When irradiated with a 445-nm laser beam, the hydrogel expanded very quickly and largely in the direction perpendicular to the TiNS plane. The response time was less than 1 second, while the deformation ratio was more than 80 %. These deformation profiles are at the highest level of reported hydrogel actuators. The deformation was totally reversible and repeatable without any notable deterioration. These excellent behaviors of our hydrogel actuator inspired us to use it as artificial muscle to mimic the motion of the earthworm. Owing to the large, quick, reversible, and spatiotemporally controlled deformation, our hydrogel actuator encapsulated in a capillary can perfectly mimic this movement.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (3件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] An Anisotropic Hydrogel Actuator Enabling Earthworm‐Like Directed Peristaltic Crawling2018

    • 著者名/発表者名
      Zhifang Sun, Yoshihiro Yamauchi, Fumito Araoka, Youn Soo Kim, Julian Bergueiro, Yasuhiro Ishida, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki, Takaaki Hikima, Takuzo Aida
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 57 号: 48 ページ: 15772-15776

    • DOI

      10.1002/anie.201810052

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Direction-Controlled Peristaltic Crawling of an Earthworm-Mimetic Cylindrical Hydrogel Directed by Light,2018

    • 著者名/発表者名
      Zhifang Sun
    • 学会等名
      The 4th International Conference on Energy and Biological Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ultrastrong and Anisotropic Aerogels by Nanostructuring Methylated Silica within Cofacially Aligned Nanosheets2017

    • 著者名/発表者名
      Zhifang Sun
    • 学会等名
      Gordon Research Conferences
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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