| 研究課題/領域番号 |
22K18334
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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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 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
山本 拓矢 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (30525986)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)
2025年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2024年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2023年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2022年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
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| キーワード | PEG / 環状高分子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
環状高分子は、対応する直鎖状高分子とは『かたち（トポロジー）』の違いから物性が異なること（トポロジー効果）が知られており、学術的関心から近年様々な研究が行われている。しかし、実際のところ、多少のトポロジー効果の発現は古くから知られているものの、これら僅かな違いを材料分野の応用として展開するのは難しいと考えられていた。本研究は、研究代表者の発見に基づき、環状高分子の「かたち（トポロジー）」に立脚した新奇現象を追究し、様々な官能基化された環状高分子の合成、およびそれらを複合化した機能材料の創出を行うものである。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、環状トポロジーに立脚した新奇高分子材料開発を目的としている。金ナノ粒子は触媒やエレクトロニクス、医薬品など幅広い分野で使用され、近年注目を集めている。しかし、金ナノ粒子は、条件によっては容易に凝集することでその優れた特性を失ってしまう。そのため、生体適合性のポリエチレングリコール(PEG)の末端をチオールなどで修飾し、金ナノ粒子に化学吸着させることで分散安定性を確保することが一般的である。これに対し、単環状PEGの物理吸着を用いて金ナノ粒子の分散安定化に成功している。これは、ポリマートポロジーに着目した研究であり、さらなる応用が期待される。
ここで、環状PEGの金ナノ粒子に対する優れた吸着特性は、環化によって取りうるコンフォメーションが制限され、物理吸着時のエントロピー減少が直鎖状分子よりも小さいためであると考えられる。すなわち、複数の環を持つポリマーは単環状ポリマーに比べ、物理吸着時のエントロピー減少がさらに小さく、より吸着しやすいため分散安定化に優れると考えられる。そこで、本研究では分子内に二つの環を有する8の字型PEG（8-shape）に代表される多環状高分子を合成し、金ナノ粒子の分散安定化について単環状PEG（c-PEG）と比較検討を行った。まず、4本鎖星型PEG（4-arm）を用いて、8-shapeの合成・精製を達成した。分散安定性試験の結果、8-shapeはc-PEGを上回る分散安定性を金ナノ粒子に付与していることが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度の研究成果より、高温における8-shapeの金ナノ粒子に対するより優れた分散安定化効果が示された。さらに、金ナノ粒子への吸着量を検証するため、動的光散乱法（DLS）による粒子径測定を行った結果、c-PEGと8-shapeを添加した金ナノ粒子水分散液の粒子径を比較すると、8-shapeはc-PEGに比べより厚いPEG層を形成することで分散安定化が促進されることが明らかとなった。このように合成法の確立とトポロジーに依存した興味深い物性を見出したため、研究は概ね順調に進展していると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、分子内に3つ以上の環を有する多環状PEGを合成し、環の個数やサイズが金ナノ粒子の分散安定性に及ぼす影響について検討する。また、Spring-8においてX線散乱などを行うことで、多環状PEG単体に対してナノ粒子に複合化させた際の構造変化について解析を進める。ここでX線散乱法とは、試料に対してX線を入射することで散乱したX線を検出器で得る手法であり、散乱する角度により、広角散乱(WAXS)、広角回折(WAXD)、中角散乱(MAXS)、小角散乱(SAXS)、超小角散乱(USAXS)と区別され、散乱体の大きさ、構造形態、粒子間相互作用といった幅広い情報が得られるため、こられを利用し高分子トポロジーの影響を検討するものである。
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