| 研究課題/領域番号 |
17K00623
|
|---|
| 研究機関 | 千葉大学 |
|---|
研究代表者 |
高原 茂 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (90272343)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| キーワード | 環境調和型材料 / ３D光造形材料 / 両性物質 / pH光制御 / ゲル / 光開始剤 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究は，安全で環境に優しい光反応材料をめざして，酸と塩基を併せ持つ両性物質を発生する水溶性の光両性物質発生剤分子の研究を基礎にし，これらの光両性物質発生剤分子を用いた光ｐＨ制御によって，天然物由来の材料を用いた環境調和型３Ｄ光造形材料を創成することを目的とする。本年度の実績としては次の３点が挙げられる。すなわち，（１）新規水溶性光両性物質発生剤の開発：本研究グループで研究・開発した水溶性光両性物質発生剤は，光照射により塩基性から酸性へのｐＨ変化を誘起することができ，これまで４種類の水溶性光両性物質発生剤を開発し，前年度（平成２９年度）には，さらに塩基性基を増やした新規光両性物質発生剤１種類の合成をした。本年度（平成３０年度）は，この新規光両性物質発生剤とこれまでの光両性物質発生剤の特性を比較検討し，その成果を国内および国際学会に発表した。また，これらを用いた造形材料の研究成果としては，（２）タンパク系光造形材料の探索：カゼインと光両性物質発生剤からなる材料を作成し，マスクを使った露光による光パターニングを実証した。さらに，水性のゲルからの硬化プロセスを検討するために，水性ゲル液滴について，露光や加熱による重量変化や形状変化を調べた。液滴レベルで光硬化と塗布を繰り返すことにより４層程度重ねた硬化物が得られることを示し，立体造形が可能であることを実証した。また，（３）木質・紙系造形材料の探索と光接着剤への応用：カルボキシメチルセルロースナトリウムと新規な光両性物質発生剤からなる材料を利用した光接着剤への応用が可能なことを実証した。これらの成果について最終年度になる平成３１年度に国際学会で発表予定である。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究計画において，遅れていた前年度（平成２９年度）の研究計画１）の「b. タンパク系天然物由来の材料であるカゼインを用いた光造形材料の探索」を本年度に行った。その結果，タンパク系光造形材料からの展開研究項目である「c. 木質・紙系光造形材料の探索」にも着手のめどがつき，少し後れを取り戻し，進展があった。
また，前年度研究計画２）の３D光造形の実証と評価を行う造形装置の調査および改造計画については，既成の光造形３Dプリンターを１台購入し，研究中の光造形材料上の課題を検討している状況である。したがって，この研究計画に対応する本年度（平成３０年度）の計画１）の，「光造形材料のプロセス設計や３Dプリンターを改造しての材料評価」については，予定からはやや遅れている。これは本年度，液滴レベルで光硬化と塗布工程を評価するなど，基礎的な３Ｄ造形プロセスを満たす材料特性の検討に注力したためである。しかし，これによって，カゼインとタウリンを発生する光両性物質発生剤からなる光ゲル化材料を用いた光硬化層を重ねた造形実験などにより，このタンパク系天然物由来の材料によって立体造形が基本的に可能であることを示すことが示された。したがって，最終年度にはこの３Dプリンターでの評価の段階に入れる見込みである。
本年度研究計画２）の，「生体への影響が少ない光両性物質発生剤の有機合成」については，光反応性の生体物質であるカチオン部構造がなかなか見つからなかった。しかしながら，この光両性物質発生剤の分解物が人体に害があるのはなんとか解決してほしいとの意見も成果発表に対して多かった。そこで，現在，食品用色素に用いられている化合物に可能性を見出しているものの，本格的な検討と合成は最終年度に持越しとなった状況である。
|
| 今後の研究の推進方策 |
最終年度（平成３１年度）研究計画は，生体への影響が少ない光両性物質発生剤の開発を含めて，有望な環境調和型３D光造形材料を用いた３D光造形の実証と評価を行うことを予定している。そこで，タンパク系天然物由来の材料であるカゼインを用いたタンパク系光造形材料とともに，これらと組み合わせたセルロース類などの木質・紙系光造形材料の光感度や物性を組成比や増感剤の導入などから検討し，有望な環境調和型３D光造形材料を提案する。これによって，プロセスと光造形材料のマッチングを図る予定である。次に，この３D造形材料を用いて，３Dプリンターでの評価段階に入り，簡単な光造形のデモンストレーションまでぜひ到達したい。これには，少し幅広い知識・スキルが必要なことから，この課題に専念して研究する大学院学生をあてる。
一方，生体への影響が少ない光両性物質発生剤のカチオン部分としてはシアニン骨格を持った分子設計・合成，または，食品用色素に用いられている化合物骨格を参考にした分子設計・合成を行うことを予定している。合成ができしだい材料化と造形材料評価を行い，研究計画全体の達成を目指したい。生体への影響が少ない光両性物質発生剤の合成に専念して研究する学部学生をあてる。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
主な理由は，前年度（平成２９年度）の計画中のLED光源，集光系，光ファイバーが計画時よりも大幅に価格が下がり，1,100千円の予算を見込んだところ，300千円で購入できたためである。この未使用額は光源波長の異なるLED光源の購入や，３D造形装置の購入にあてたが。これらも価格が下がっており，次年度使用額が生じた理由となった。最終年度（平成３１年度）に本年度計画から遅れている評価用の３D光造形装置の購入や改造費用に重点的に加算して使用する。また，今後，平成３１年度の国際発表や論文投稿など成果発表につとめ，旅費及びその他費用に加算して使用する。
|
