高分子ゲルの力学物性に及ぼす不均一性の影響の解明

• 研究課題/領域番号: 25708033
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 高分子・繊維材料
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 酒井 崇匡 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70456151)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円); 2016年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2015年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2014年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2013年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
• キーワード: 高分子ゲル / 構造不均一性 / 構造物性相関 / Tetra-PEGゲル / 均一網目構造 / モデルネットワーク / ゴム弾性理論 / 有効媒質近似 / ハイドロゲル / TetraPEGゲル / 構造と物性の相関

研究成果の概要

均一網目構造を有するTetra-PEGゲルに制御された不均一性を導入し、それらを独立に評価することを試みた。その結果、重なり合い濃度付近で作製されたTetra-PEGゲルは均一な網目構造を有しており、その弾性率はファントムモデルで、破壊エネルギーはLake-Thomasモデルで記述できることが示唆された。部分鎖長の不均一分布やダングリング鎖の影響は不均一性として大きくないのに対して、絡み合いやループの影響はモデル予測と実験値のずれとして検出されることが示唆された。以上の結果は、高分子網目の基礎物性を理解する上で重要な知見であると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Fast-forming hydrogel with ultralow polymeric content as an artificial vitreous body. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayashi K, Okamoto F, Hoshi S, Katashima T, Zujur D, Li X, Shibayama M, Gilbert EP, Chung U, Ohba S, Oshika T, Sakai T.
  • 雑誌名: Nat Biomed Eng 巻: 1 号: 3 ページ: 44-44
  • DOI: 10.1038/s41551-017-0044
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ‘Non-Osmotic’ Hydrogels: a Rational Strategy for Safely Degradable Hydrogels (2016)
  • 著者名/発表者名: Kamata H, Kushiro K, Takai M, Chung U, Sakai T
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 55 号: 32 ページ: 9282-9286
  • DOI: 10.1002/anie.201602610
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sol-gel transition behavior near critical concentration and connectivity (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sakai, T. Katashima, T. Matsushita, U. Chung
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 629-634
  • DOI: 10.1038/pj.2015.124
  • NAID: 40020808938
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rubber elasticity for percolation network consisting of Gaussian chains (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishi, K; Noguchi, H; Sakai, T; Shibayama, M.
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 143 号: 18 ページ: 184905-184905
  • DOI: 10.1063/1.4935395
  • 査読あり
• [雑誌論文] Probing the cross-effect of strains in non-linear elasticity of nearly regular polymer networks by pure shear deformation (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Katashima, K. Urayama, U. Chung, T. Sakai
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 142 号: 17 ページ: 174908-174908
  • DOI: 10.1063/1.4919653
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of prepolymer architecture on the network structure formed by AB-type crosslink-coupling (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kondo, U. Chung, and T. Sakai
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 46 号: 1 ページ: 14-20
  • DOI: 10.1038/pj.2013.65
  • NAID: 40019921400
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Experimental Verification of Fracture Mechanism for Polymer Gels with controlled network structure, (2014)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Sakai, Yuki Akagi, Shinji kondo and Ung-il Chung
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 35 号: 35 ページ: 6658-6665
  • DOI: 10.1039/c4sm00709c
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanical properties of tetra-PEG gels with supercoiled network structure (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Katashima, et al.
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 140 号: 7 ページ: 074902-074902
  • DOI: 10.1063/1.4863917
  • 査読あり
• [雑誌論文] Degradation Behavior of Polymer Gels Caused by Nonspecific Cleavages of Network Strands (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiang Li, Shinji Kondo, Ung-il Chung, and Takamasa Sakai
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 26 号: 18 ページ: 5352-5357
  • DOI: 10.1021/cm502480f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transition between phantom and affine network model observed in polymer gels with controlled network structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Akagi, et al.
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 46 号: 3 ページ: 1035-1040
  • DOI: 10.1021/ma302270a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultimate elongation of polymer gels with controlled network structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Akagi, et al.
  • 雑誌名: RSC advances 巻: 3 号: 32 ページ: 13251-13258
  • DOI: 10.1039/c3ra41580e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical properties of polymer gels with bimodal distribution in strand length (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kondo, H. Sakurai, U. Chung, and T. Sakai
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 46 号: 17 ページ: 7027-7033
  • DOI: 10.1021/ma401533z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fracture energy of polymer gels with controlled network structures (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Akagi, et al.
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 139 号: 14 ページ: 144905-144905
  • DOI: 10.1063/1.4823834
  • 査読あり
• [学会発表] ゲル化臨界クラスターを基盤とした ゲルシステムの創製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季大会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16
  • 招待講演
• [学会発表] Instantly formative hydrogels with super-low polymeric component (2017)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Sakai
  • 学会等名: Gel Symposium 2017
  • 発表場所: Tsudanuma Campus, Nihon University
  • 年月日: 2017-03-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 医用応用を目指したハイドロゲルの基礎研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: ポリマーフロンティア２１
  • 発表場所: 東京工業大学 蔵前会館
  • 年月日: 2017-01-23
  • 招待講演
• [学会発表] Polymer gels formed from critical gelation clusters (2015)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Sakai
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] 構造の明確な高分子ゲルの構造と物性の関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: 日本ゴム協会関東支部交流会
  • 発表場所: 東京理科大学森戸記念館（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-12-09
  • 招待講演
• [学会発表] Hydrogels with reliable deformation region in an aqueous environment (2015)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Sakai
  • 学会等名: MRS2015
  • 発表場所: Boston (USA)
  • 年月日: 2015-11-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Control over degradation behavior of hydrogels (2015)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Sakai
  • 学会等名: Japan-Korea Joint Symposium
  • 発表場所: Kitakyushu International Conference Center（福岡県北九州市）
  • 年月日: 2015-10-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高分子ゲルの実用のための基礎研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: 第8回ChemBioハイブリッドレクチャー
  • 発表場所: 東京大学竹田先端知ビル、（東京都文京区）
  • 年月日: 2015-10-03
  • 招待講演
• [学会発表] 高分子ゲルの実用のための基礎研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: 高分子学会関東高分子若手研究会サマーキャンプ
  • 発表場所: アカデミーハウス館山（千葉県館山市）
  • 年月日: 2015-08-04
  • 招待講演
• [学会発表] 濃度・結合臨界点近傍でのゾル・ゲル転移挙動の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡、片島拓弥
  • 学会等名: レオロジー学会第42年会
  • 発表場所: 京都大学おうばくプラザ（京都府宇治市）
  • 年月日: 2015-05-13
• [学会発表] Mechanical Properties of Polymer Gels with Controlled Network Structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Sakai
  • 学会等名: Polymer Network Groups Meeting and Gel Symposium 2014
  • 発表場所: 東京都、東京大学
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-14
• [学会発表] 高分子ゲルの構造と物性の相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: 第 63 回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎県、長崎大学
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] Swelling and mechanical properties of Tetra-PEG gels (2014)
  • 著者名/発表者名: 片島拓弥、酒井崇匡
  • 学会等名: ICR Polymer Physics Workshop 2014
  • 発表場所: 京都府京都大学
  • 年月日: 2014-09-14
  • 招待講演
• [学会発表] 高分子ゲルの破壊エネルギーと弾性率の相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: 田中豊一記念シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川県、日本ゼオン一碧荘
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] 構造の制御された高分子ゲルの基礎と応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: 有機デバイス研究会
  • 発表場所: 静岡県、静岡大学
  • 年月日: 2014-04-18
  • 招待講演
• [学会発表] Correlation between mechanical properties and structure in polymer gels with controlled network structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Sakai
  • 学会等名: ICRIS’14
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto
  • 招待講演
• [学会発表] Correlation between mechanical properties and structure in polymer gels with controlled network structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Sakai
  • 学会等名: 2013 Material Research Society Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Fracture energy of Tetra-PEG gels with controlled network structure
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: LSWセミナー
  • 発表場所: 北海道大学・北海道
  • 招待講演
• [学会発表] 構造を精密制御した高分子ゲルの力学特性の解析
  • 著者名/発表者名: 酒井崇匡
  • 学会等名: ポリマーフロンティア21
  • 発表場所: 東京工業大学 蔵前会館・東京都
  • 招待講演
• [備考] 鄭・酒井研究室
  • URL: http://www.tetrapod.t.u-tokyo.ac.jp/sakai-tei/TetraNet/Top.html