| 研究課題/領域番号 |
21H01997
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分35020:高分子材料関連
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| 研究機関 | 北陸先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
長尾 祐樹 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20431520)
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| 研究分担者 |
原 光生 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10631971)
山本 勝宏 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30314082)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2021年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
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| キーワード | 触力覚センサ材料 / 生体模倣 / 機械的負荷応答 / 圧力依存性 / リオトロピック液晶性 / イオン伝導 / 高次構造 / 分子組織化 / 触力覚センサ / 機械的負荷 / 圧力誘起 / 圧力下測定 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
動物やヒトが外界を感知するための五感は、感覚機能として生活に欠かせない。生体系の触力覚では、ソフトマターの協同性により、機械的刺激を受けたタンパク質等の高次階層構造が変化することで、イオンチャネルが見事に制御されている。これに対して、人工的な触力覚センシングは、電子輸送に基づいたものが多く、イオン伝導性を用いた階層的構造の設計指針が確立していない。
本研究では、２名の研究分担者とともに、階層的構造を有するスルホン化ポリイミドにおけるイオン輸送の研究実績を活かして(Sci. Tech. Adv. Mater., 21, 79 (2020))、イオン伝導性が機械的負荷に応答した起源を解明する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、リオトロピック液晶性によって組織化するスルホン化ポリイミド膜が膜面に対して垂直方向に加えた機械的負荷で、イオン伝導性の応答の有無およびそのメカニズムを検討した。開発した測定装置を用いて、プロトン伝導の抵抗が圧力とともに線形に増加することを確認し、特に従来の材料より一桁高い感度24 MPa^-1を示す膜を見出した。スルホン化ポリイミドの構造や側鎖のイオン種によって応答が異なることがわかった含水下での組織化の構造周期性の向上や修復性がイオン伝導度の感度と応答性を高めた結果であり、リオトロピック液晶性を活用した新たなセンサ材料の開発が可能となった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、スルホン化ポリイミド膜のイオン伝導性が機械的負荷に応答することについて、リオトロピック液晶性を用いた分子組織化を用いた、生体に近い触力覚センシング技術を切り開いた点で学術的意義を持つ。特に、高次構造の周期性がイオン伝導性の抵抗変化や感度に影響を与えることを見出した知見はインパクトがある。社会的には、この知見はより生体に近いメカニズムを有する触力覚センサなどのウェアラブルデバイスやヘルスケアアプリケーション、人間の皮膚のような高感度かつ自己修復可能なセンシング材料の実現が期待され、未来のロボティクスや医療技術に革新をもたらすことが期待される。
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