| 研究課題/領域番号 |
15H02198
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
吉田 亮 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80256495)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 高分子 / ゲル / 自己組織化 / 生体材料 / 自律機能 |
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| 研究実績の概要 |
研究代表者は、生体のように自律的な機能を発現するゲル、すなわち刺激のon-off駆動によらず、心臓の拍動のように一定条件下で自発的に周期的リズム運動を行う新しい機能性ゲルの開発に取り組んできた。生体には閉じた化学反応回路が多く存在する。それを人工的に模倣したBelousov-Zhabotinsky（BZ）反応は代謝反応（TCA回路）の化学モデルでもあり、生体現象の中でもよく見られる時間リズムや空間パターンを自発的に生み出す化学振動反応としてよく知られている。サイクリックな反応ネットワークが自発的に構成され、触媒となる金属錯体が周期的な酸化還元振動を起こす。散逸構造を生み出す化学システムの代表的な例でもある。研究代表者は、このBZ反応をゲル内で引き起こしその化学エネルギーを力学エネルギーに変換する分子設計を行い、ゲルの周期的な膨潤収縮振動を生み出すことに成功した。初めてこの「自励振動ゲル」（self-oscillating gel）を報告し、以降系統的に研究を進めている。時空間機能を持つ４次元ソフトマテリアルとして新しい機能性ゲルの概念を提唱し具現化するとともに、1)自律駆動型の生体模倣ソフトアクチュエータ、2)自動物質輸送システム、3)自発的かつ周期的にレオロジー変化を示す機能性流体など、新たな自律機能性材料への応用展開を試みた。とくに本期間では、ゾルゲル転移を周期的に繰り返しながら前進する生体模倣ソフトマシン（人工アメーバ）を実現することができた。さらにその高分子合成法の確立とともに、自励振動機能を発現するための最適な分子設計を試みた。
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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
蠕動運動による物質輸送や脈動流生起の実現の他、自励振動ポリマーブラシ、自励振動ミセル、自励振動ベシクル（非架橋／架橋型）、自励振動コロイドソーム、人工アメーバ（自律的にゾル―ゲル転移する自励振動高分子溶液）が実現され、順調に進展している。とくにブロックコポリマーによる自律的な構造転移に関して、散乱解析などにより種々の知見が得られつつある。
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| 今後の研究の推進方策 |
自励振動高分子／ゲルは振動を自発的に生み出す分子回路を内包するという大きな特徴をもつ。ナノスケールで起こる高分子鎖の振動がネットワークで繋がることによりシンクロし、同期や増幅、伝播といった現象を伴いながら微視的から巨視的に至る階層スケールで自励振動機能を発現している。この振動挙動をさらに詳細に解析し、分子レベルでの変化がマクロな力学・物性変化を生じるメカニズムを解明する。
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