| 研究課題/領域番号 |
21K18991
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分35:高分子、有機材料およびその関連分野
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| 研究機関 | 豊田工業大学 (2022-2023)
北海道大学 (2021) |
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研究代表者 |
小門 憲太 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40600226)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 刺激応答性 / 高分子ゲル / 可逆性 / 酸化還元 / 筋肉 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では筋肉のように化学力学変換を可能とするソフトマテリアルを創り出すことを目的とする。そのために、"可変長高分子セグメント"という概念を用いて、刺激に応答して膨潤相から膨潤相への体積変化だけを示す刺激応答性ゲルを創り出し、さらに自己組織化を用いて異方性を導入し、人工的に筋肉様ソフトマテリアルを創り出す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では化学エネルギーを力学エネルギーに変換できるソフトマテリアルを創り出すことを目的とした。そのために、"可変長高分子セグメント"という概念を用いて、刺激に応答して膨潤相から膨潤相への体積変化だけを示す刺激応答性ゲルを創出することを試みた。ジスルフィド結合を有する環状分子を合成することで、研究計画で提案したような長鎖と短鎖の組み合わさったモノマーを作ることができた。化学的な酸化還元反応に応答して、還元すると短鎖側が開裂しモノマー部位が伸びた状態になり、再酸化すると短鎖側が再結合してモノマー部位が縮んだ状態になるということは分光的に確認できた。逐次重合を用いることでモノマー分率が大きくなり、酸化還元に伴う分子量の変化を増幅することができた。この重合系に架橋剤を導入することでゲルを作製することができ、得られたゲルは試薬添加による酸化還元によって大きな体積変化を示すことができた。この体積変化の始状態と終状態はどちらも膨潤状態である。これは、ゲル状態とゾル状態を行き来する従来の刺激応答性ゲルとは全く異なることはもちろんであるが、膨潤状態と収縮状態を示す従来の刺激応答性ゲルとも異なる。滑り運動による架橋点間距離の変化で体積変化を示す筋肉と非常に似ているものを創り出せたと見ることができる。このゲルを圧力感知素子に搭載することで、化学変化から生じるゲルの膨潤度の変化を実際の電圧値の変化として取り出すことができた。これらの結果から本研究は順調に進展したと考えられる。
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