| 研究課題/領域番号 |
23K25212
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03958 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分90120:生体材料学関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
寺川 光洋 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60580090)
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| 研究分担者 |
尾上 弘晃 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30548681)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2025年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2024年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
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| キーワード | レーザープロセシング / スマートマテリアル / ハイドロゲル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、スマートマテリアルを自在に操るための駆動力、力学的強度、光学的特性を任意に付与できる革新的レーザープロセシング技術を確立することを目的とする。超短パルスレーザーを用いてハイドロゲルの内部に三次元の金属構造を作製し、任意の三次元力学的強度分布を付与し、特異的光学特性を付与する。未踏学術領域を開拓するとともに、応用面では新規ソフトロボット、ウェアラブルセンサー、体内埋め込み型センサーの実現に資する。
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| 研究実績の概要 |
2022年度は、ハイドロゲルに金属イオンを含有させ、内部にフェムト秒レーザーを集光・走査することで三次元の金属微細構造を作製する研究を実施した。実験研究により、金属グレーティング構造を作製し、同構造を用いてバイオセンシングを行った。まず、ハイドロゲルにグルタミンを含有させることでレーザー非照射部における金ナノ粒子の生成を抑制し、グレーティング構造の吸光スペクトルを狭帯域化した。尿素でのみグレーティング構造の吸光スペクトルの短波長側へのシフトが確認され、この結果は尿素選択的なプラズモニックセンサの実現に寄与すると考えられる。また、刺激応答性ハイドロゲル内部への金属微細構造の作製を行い、ハイドロゲル構造の駆動において必要となる光熱変換用の光吸収体として利用した。ハイドロゲルの体積相転移を活用して、マイクロ流路内の流速変化が可能であることを実験的に示した。以上の成果をとりまとめ、原著論文として公刊した。さらに、構造作製中の体積相転移を抑制することを目的として、レーザーの高速走査システムを構築した。また、研究開始当初は発想していなかった内容であるが、前駆体材料をハイドロゲルに含有させることで、ハイドロゲル表面に導電性の黒鉛化炭素構造を作製できることを見出した。アガロースゲルにリグニンを含有させ、フェムト秒レーザーを照射することにより作製された導電性構造を用いて電気二重層キャパシタを作製した。このハイドロゲルへの微細構造作製技術は、本研究の目的であるスマートマテリアルに機能を付与することに大きく貢献する。具体的には光吸収体作製による光学特性の付与、光吸収を介した駆動力の付与、さらに、電気的特性の付与が期待できる。以上の研究において、レーザー照射に関する研究全般を研究代表者の寺川が、ハイドロゲルの作製ならびに選定を研究分担者の尾上が担当した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
予定通り、作製構造の光吸収スペクトルの狭帯域化、プラズモニックセンシングへの応用、刺激応答性ハイドロゲルの体積相転移による駆動を実施するとともに、研究開始時は発想していなかった新たな技術としてレーザーを用いたハイドロゲルへの黒鉛化炭素構造の作製技術を実現した。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の研究計画に沿って実施するとともに、本研究目的の達成に有用である新たに見出した黒鉛化炭素構造の作製技術も活用して研究を遂行する。
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