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2012 年度 実績報告書

生物規範界面デザイン

計画研究

研究領域生物多様性を規範とする革新的材料技術
研究課題/領域番号 24120003
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

大園 拓哉  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 研究グループ長 (40344030)

研究分担者 黒川 孝幸  北海道大学, 創成研究機構, 助教 (40451439)
平井 悠司  千歳科学技術大学, 光科学部, 講師 (30598272)
小林 元康  九州大学, 先導物質化学研究所, 特任准教授 (50323176)
研究期間 (年度) 2012-06-28 – 2017-03-31
キーワードゲル / 微細構造形成 / 光拡散 / 表面化学修飾 / トライボロジー
研究実績の概要

H24年度の計画は、弾性体であるウェットマテリアルの表面において、微細構造の作製とその表面の化学修飾法の調査であった。これに対し、我々は以下のような検討を行い、次年度に繋がる成果を得た。
①弾性体としてシリコーンゴム上に、トライボロジーテストにおいて重要であると考える比較的大きな周期の表面座屈構造(リンクル)の作製に成功した。この構造は応力で凹凸構造の有無を可逆的に制御できるため、派生的な応用として光拡散機能を評価しスイッチング可能な光拡散装置として利用できることが分かった。(特許出願済、論文投稿中)この構造はトライボロジー試験にすぐに利用できるものである。
②自己組織化高分子微細突起構造を柔らかいゲル上に固定、ゲルを圧縮することで、マイクロスケールの突起構造とサブミリスケールのリンクル構造が組合わさった階層構造が形成されることを見出した。さらにリンクル構造はゲルを圧縮・解放することで可逆的に構造の形成を制御することができ、しわ形成時には構造に異方性があることから、水滴の動的濡れ性にも異方性が生じることを確認した。
③均一な凹凸構造を有するハイドロゲルの作成法を検討した。ゲルを合成する際のガラス鋳型に規則構造を導入するために、リソグラフィまたは自己組織化により微細凹凸構造をシリコーン表面に形成し、その形状を水ガラスへ転写することで目的のガラス基板を作成した。こうして得られたガラス鋳型を用いて作成したゲルは、規則的な凹凸を有しており、特徴的な表面構造を有するゲルの摩擦特性を評価することが可能となった。
④水潤滑を発現する機能性分子として、側鎖にオリゴ糖を結合したビニルモノマーを合成した。これを表面開始重合に用いることで親水性ポリマーブラシの調製を試みた。
また、上記成果および、公になっていない研究内容の遂行に当り、班内外との連携も強めることができた。

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

H24年度はその計画である、弾性体であるウェットマテリアルの表面において、微細構造の作製とその表面の化学修飾法の調査、という観点から着実な成果が得られている。
具体的には、①トライボロジー試験に対応できる比較的大きい周期のリンクル構造の作製に成功し、この作製と同時にトライボロジー試験装置について立ち上げおよび議論を行えている。さらに、派生的な光拡散機能を見出している。②ハイドロゲルへの概念応用が可能な、自己組織化多孔膜に基づくリンクル構造作製法を見出している。③ハイドロゲル表面へのリソグラフィ―を含む一般的な微細構造の転写法が確立され、摩擦特性への影響を評価できるに至った。④ウェット表面での利用を意識した親水性ポリマーブラシの調製の検討を行い、ハイドロゲル表面の化学改質への素地ができた。
上記①―③の成果は、ウェットマテリアルの表面への構造形成技術の多様性を示すものであり、本年度の目標を概ね達成しており、一部はそれ以外にも派生成果が得られている。また④では、具体的な表面改質法について検討がなされており、概ね目標を達成できている。

今後の研究の推進方策

H24年度は、可逆的に変形可能な微細構造を持つソフトマテリアル(北大・黒川)を自己組織化技術(東北大(現在千歳科学技術大)・平井)と微小溝技術(産総研・大園)に基づき作製できることを確認し、さらに材料の特性に合わせたナノメートルオーダーの表面の改質(九大(現在工学院大学)・小林)の可能性を探索した。よって、H25年度は主に、作製した構造に対し、より積極的にトライボロジー評価とその構造・可変性の相関を調査する。以下に具体的な課題を述べる。
●変形可能な微細構造の作製:特にトライボロジー評価に向けた、ハイドロゲル、エラストマーにおける構造作製を、昨年得られた知見を発展させて行う。●上記の構造に応力を加えたときの変形量、接触変形性のトライボロジー評価●上記の構造への表面化学修飾技術の開発とそのトライボロジー特性への効果の評価●上記①②の構造以外でも、生物や自然からの可変構造を観察(海洋フィールドワークによる採集作業も含め)などを通じ、実用機能へのデザインへ向けて理解を深める●上記活動において班間連携に対しても積極的に行う。
これらの課題に取り組むことで、論文発表、学会発表、特許出願などへの具体的成果を目指す。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 5件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 可変な微小なシワの溝における毛細管現象の制御2013

    • 著者名/発表者名
      大園拓哉
    • 雑誌名

      表面技術

      巻: 64 ページ: 34-37

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 自然を模倣した超親水・防汚表面2013

    • 著者名/発表者名
      高原淳、小林元康
    • 雑誌名

      表面技術

      巻: 64 ページ: 15-20

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 生物に学ぶ表面微細構造とトライボロジーの関係2013

    • 著者名/発表者名
      平井悠司、藪浩、海道昌孝、鈴木厚、下村政嗣
    • 雑誌名

      表面技術

      巻: 64 ページ: 38-41

    • 査読あり
  • [学会発表] 精緻な表面パターニングを施したゲルの表面摩擦と界面ダイナミクスの観察2013

    • 著者名/発表者名
      八島慎太郎、山本徹朗、中島 祐、黒川孝幸、Gong 剣萍、Chateauminois Antoine
    • 学会等名
      第24回高分子ゲル研究討論会
    • 発表場所
      東京大学山上会館(東京)
    • 年月日
      2013-03-16
  • [学会発表] マイクロリンクルの光拡散機能2013

    • 著者名/発表者名
      大園拓哉
    • 学会等名
      「生物規範工学」公開講演会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      2013-03-02 – 2013-03-02
    • 招待講演
  • [学会発表] ハイドロゲル-固体摩擦界面の直接観察とマクロな界面接触状態が摩擦挙動に及ぼす影響2013

    • 著者名/発表者名
      山本徹朗、八島慎太郎、中島祐、黒川孝幸、Gong 剣萍
    • 学会等名
      第47回北海道支部冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学百年記念会館・学術交流会館(札幌市)
    • 年月日
      2013-01-29
  • [学会発表] マイクロリンクルの研究2013

    • 著者名/発表者名
      大園拓哉
    • 学会等名
      高分子基礎研究会 2013
    • 発表場所
      国民宿舎仙酔島(福山)
    • 年月日
      2013-01-26 – 2013-01-26
  • [学会発表] 精緻な表面パターニングを施したゲルの表面摩擦と界面ダイナミクスの観察2013

    • 著者名/発表者名
      八島慎太郎、山本徹朗、黒川孝幸、Gong 剣萍、Chateauminois Antoine
    • 学会等名
      帝人21世紀フォーラム
    • 発表場所
      富士教育研修所(静岡県裾野市)
    • 年月日
      2013-01-26
  • [学会発表] 臨界屈折角を利用したゲル摩擦界面における潤滑膜形成のin-situ 直接観察2013

    • 著者名/発表者名
      山本徹朗、八島慎太郎、黒川孝幸、Gong 剣萍
    • 学会等名
      第24回高分子ゲル研究討論会
    • 発表場所
      東京大学山上会館(東京都)
    • 年月日
      2013-01-16
  • [学会発表] Preparation of the biomimetic functional materials by using self-organization2012

    • 著者名/発表者名
      Yuji Hirai, Hiroshi Yabu, Yasutaka Matsuo, Kuniharu Ijiro, Masatsugu Shimomura
    • 学会等名
      Joint Symposium of International Symposium on “Neo-Biomimetic Engineering IV” and Satellite Meeting of the 9th SPSJ International Polymer Conference (IPC2012) Part Ⅱ
    • 発表場所
      神戸大学 滝川記念会館(神戸)
    • 年月日
      2012-12-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Preparation of biomimetic multi-functional surface by using self-organization process2012

    • 著者名/発表者名
      Yuji Hirai, Hiroshi Yabu, Yasutaka Matsuo, Kuniharu Ijiro, Masatsugu Shimomura
    • 学会等名
      2012 Energy Materials and Nanotechnology(EMS) Fall Meeting
    • 発表場所
      Red Rock Casino Resort Spa (LasVegas)
    • 年月日
      2012-12-01
  • [学会発表] マイクロリンクルを利用した液体パターニング2012

    • 著者名/発表者名
      大園拓哉、物部浩達
    • 学会等名
      高分子討論会
    • 発表場所
      名工大(名古屋)
    • 年月日
      2012-10-21 – 2012-10-21
    • 招待講演
  • [学会発表] Shape-tunable microwrinkles: shaping liquids and liquid crystals2012

    • 著者名/発表者名
      Takuya Ohzono
    • 学会等名
      Gelsympo 2012
    • 発表場所
      Tsukuba Itnl. Conf.(つくば)
    • 年月日
      2012-10-19 – 2012-10-19
  • [学会発表] B01-1班「微細界面構造とウェットトライボロジー」2012

    • 著者名/発表者名
      平井悠司
    • 学会等名
      文部科学省科学研究費新学術領域「生物規範工学」公開講演会 公開ワークショップ「生物規範工学:自己組織化とソフト界面と生物多様性」
    • 発表場所
      国立科学博物館 日本館 講堂(上野)
    • 年月日
      2012-10-02
    • 招待講演
  • [学会発表] 臨界屈折角を利用したゲル摩擦界面における潤滑膜形成のin-situ直接観察2012

    • 著者名/発表者名
      山本徹朗、黒川孝幸Gong 剣萍
    • 学会等名
      ゲルワークショップイン名古屋
    • 発表場所
      KKRホテル名古屋(名古屋)
    • 年月日
      2012-09-21
  • [学会発表] マイクロリンクルを利用した液体パターニング2012

    • 著者名/発表者名
      大園拓哉
    • 学会等名
      化学工学会
    • 発表場所
      東北大学(仙台)
    • 年月日
      2012-09-19 – 2012-09-19
    • 招待講演
  • [学会発表] 臨界屈折を利用したハイドロゲル摩擦界面のin-situ直接観察2012

    • 著者名/発表者名
      山本徹朗、黒川孝幸、Gong 剣萍
    • 学会等名
      第61回高分子討論会
    • 発表場所
      名古屋工業大学(名古屋)
    • 年月日
      2012-09-19
  • [学会発表] ゲル摩擦界面のその場観察2012

    • 著者名/発表者名
      黒川孝幸、山本徹朗、Gong 剣萍
    • 学会等名
      田中豊一記念シンポジウム2012
    • 発表場所
      酪農学園大学(江別市)
    • 年月日
      2012-06-29
  • [産業財産権] 光拡散状態を可逆的に変更可能な光拡散可変装置2013

    • 発明者名
      大園拓哉
    • 権利者名
      大園拓哉
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2013-023033
    • 出願年月日
      2013-02-08

URL: 

公開日: 2018-02-02  

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