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2021 年度 実績報告書

ソフトフォトニッククリスタルの創製

計画研究

研究領域ソフトクリスタル:高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
研究課題/領域番号 17H06376
研究機関北海道大学

研究代表者

グン 剣萍  北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (20250417)

研究分担者 黒川 孝幸  北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (40451439)
野々山 貴行  北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (50709251)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2022-03-31
キーワード高分子構造・物性 / ソフトクリスタル / 構造色 / 生体模倣 / 刺激応答
研究実績の概要

脂質二分子膜と高分子網目のラメラ構造から成る構造色ゲル合成時における構造とせん断歪み速度依存性について評価するために、回転式レオメーター下でゲル化溶液に任意のせん断歪みを与えた状態でゲルをUV重合により合成した。中心から外縁に向かってひずみ速度が増加するため、得られたゲルは中心部分のラメラ構造の配向は弱く、中心から外縁に向かって配向度が上昇し、整ったラメラ構造を形成した。
人工軟骨に応用可能な高靱性DNゲルを生体内で骨へ迅速に固定するために、ハイドロキシアパタイトの前駆体であるモネタイトをDNゲル表面にコーティングし、ウサギの大腿骨骨頭部へ埋植した。HApの骨接着が2週掛かるところ、モネタイトは1週早く骨に接着することが明らかとなった。これはモネタイトが生体内で一度溶解され、HApに置換する現象が生体応答を待たず、化学的な平衡に基づいて自発的に起こることで達成している。
アニオンとカチオンモノマーの共重合から得られる無色透明な両性電解質ゲルは、高温で周りの水を吸収して膨潤し、冷却すると脱膨潤する。この膨潤状態から急冷すると、脱膨潤に関わる水の拡散率が熱拡散率より非常に小さいことから、水-高分子の不均一構造により一時的に白濁することを見出した。これを利用して、種々の温度や時間でアニーリングした後に急冷すると、白濁の持続時間が制御できることが見いだされた。これは従来の半導体のような静的な記憶素子ではなく、動的な記憶素子として利用できることを示している。
カチオンと芳香環モノマーの共重合において、ビニル基の構造を同じものを用いると、共重合のモノマー配列が交互リッチになることを見出した。一方で、ビニル基の構造がヘテロになると、局所的にブロックを形成したりする。同じ共重合であっても、交互シークエンスの高分子はランダム配列のものと比べて、海水中で高い接着強度を示すことが見いだされた。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2022 2021 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 13件、 招待講演 23件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] University of Dhaka(バングラデシュ)

    • 国名
      バングラデシュ
    • 外国機関名
      University of Dhaka
  • [雑誌論文] How Double Dynamics Affects Large Deformation and Fracture of Soft Materials2022

    • 著者名/発表者名
      Kunpeng Cui、Jian Ping Gong
    • 雑誌名

      Journal of Rheology

      巻: 66 ページ: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Facile tuning of hydrogel properties by manipulating cationic-aromatic monomer sequences2021

    • 著者名/発表者名
      Fan Hailong、Cai Yirong、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Science China Chemistry

      巻: 64 ページ: 1560~1568

    • DOI

      10.1007/s11426-021-1010-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Flower-like Photonic Hydrogel with Superstructure Induced via Modulated Shear Field2021

    • 著者名/発表者名
      Ye Ya Nan、Haque Md Anamul、Inoue Akane、Katsuyama Yoshinori、Kurokawa Takayuki、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      ACS Macro Letters

      巻: 10 ページ: 708~713

    • DOI

      10.1021/acsmacrolett.1c00178

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fast in vivo fixation of double network hydrogel to bone by monetite surface hybridization2021

    • 著者名/発表者名
      NONOYAMA Takayuki、WANG Lei、KIYAMA Ryuji、KASHIMURA Naohiro、YASUDA Kazunori、TANAKA Shinya、KUROKAWA Takayuki、GONG Jian Ping
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 129 ページ: 584~589

    • DOI

      10.2109/jcersj2.21084

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structure Frustration Enables Thermal History-Dependent Responsive Behavior in Self-Healing Hydrogels2021

    • 著者名/発表者名
      Yu Chengtao、Cui Kunpeng、Guo Honglei、Ye Ya Nan、Li Xueyu、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 54 ページ: 9927~9936

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.1c01461

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structure and Unique Functions of Anisotropic Hydrogels Comprising Uniaxially Aligned Lamellar Bilayers2021

    • 著者名/発表者名
      Yue Youfeng、Gong Jian Ping
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 94 ページ: 2221~2234

    • DOI

      10.1246/bcsj.20210209

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Bioinspired Soft Materials: Challenges and Opportunities2022

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      iCANX Talks
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 生体無機-高分子ゲル融合体をモデル材料とした骨構造・形成機序の研究2022

    • 著者名/発表者名
      野々山貴行
    • 学会等名
      セラミックス協会2022年年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 犠牲結合原理の確立による多様な高靭性ソフトマテリアルの創出2022

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 招待講演
  • [学会発表] ハイドロゲルの各種機能性2022

    • 著者名/発表者名
      黒川孝幸
    • 学会等名
      北海道大学大学院医学研究院第10回消化器内科セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Self-growing of double network hydrogels by mechanical training2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      ACS Spring 2021 National Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fatigue fracture of self-healing polyampholyte hydrogels with hierarchical structure2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      ACS Spring 2021 National Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Double Network Hydrogels for Biological Applications2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      Biohydrogels 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rapid Thermal Switching from Hydrogel to Plastic2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      The 48th World Polymer Congress (IUPAC-MACRO2020+)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamic Hydrogels2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      The 48th World Polymer Congress (IUPAC-MACRO2020+)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamic Hydrogels2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      The 13th International Symposium on Polyelectrolytes (ISP2020)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Unique functions of anisotropic hydrogels intercalated by lamellar bilayer membranes2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      Duke Soft Matter Symposium on Polymer Networks
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Poly(cation-π) Hydrogels as Super Glues in Sea water2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      The 13th International IUPAC Conference on Polymer-solvent Complexes and Intercalates (Polysolvat-13)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Yielding Criterion of Double Network Hydrogels2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      Polymer Physics & Polymer Spectroscopy Webinar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Self-growing hydrogels learnt from muscle training2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fatigue fracture of self-healing hydrogels with hierarchical structure2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 強い相分離を利用した昇温過程におけるゴム-ガラス転移を示すソフトマテリアル2021

    • 著者名/発表者名
      野々山貴行
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] ソフトフォトニッククリスタルゲルの創製2021

    • 著者名/発表者名
      グン剣萍
    • 学会等名
      高分子学会精密ネットワークポリマー研究会講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 逆のガラス転移を示すソフトマテリアル2021

    • 著者名/発表者名
      野々山貴行
    • 学会等名
      接着界面科学研究会PartⅦ第8回例会
    • 招待講演
  • [学会発表] ダブルネットワーク原理による高靭性複合材料の設計と創製2021

    • 著者名/発表者名
      野々山貴行
    • 学会等名
      高分子学会関東支部 茨城地区講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 骨の犠牲結合に習う高分子ゲル材料の強靭化2021

    • 著者名/発表者名
      野々山貴行
    • 学会等名
      セラミックス協会北海道地区セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] ハイドロゲル-バイオセラミックス複合材料系からみる骨の犠牲結合2021

    • 著者名/発表者名
      野々山貴行
    • 学会等名
      第43回日本バイオマテリアル学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Soft Matter Possessing Reverse Glass Transition with Elevating Temperature2021

    • 著者名/発表者名
      野々山貴行
    • 学会等名
      第31回日本MRS年次大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Tough composite hydrogel utilizing ionic bond between poly(acrylic acid) and hydroxyapatite2021

    • 著者名/発表者名
      野々山貴行
    • 学会等名
      Pacifichem2020
    • 国際学会
  • [学会発表] 各種機能性高分子ゲルの作製技術と特性制御及び応用展開2021

    • 著者名/発表者名
      黒川孝幸
    • 学会等名
      R&Dリサーチセンター高分子ゲルWEBセミナー
    • 招待講演
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https://altair.sci.hokudai.ac.jp/g2/index.html

  • [産業財産権] 体積相転移を示さないLCSTを有する温度応答ゲル及びその製造方法2017

    • 発明者名
      野々山 貴行 他
    • 権利者名
      野々山 貴行 他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      6999942

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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