非平衡体積変動を生じる生体高分子応答ハイドロゲルの開発

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22K18195
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分90120:生体材料学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 仲本 正彦 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30883003)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 刺激応答性ハイドロゲル / 過渡的応答 / 酵素 / 分子認識 / 非平衡機能

研究成果の概要

燃料生体高分子としてカチオン性のポリペプチド(ポリリシン）をモデルとして用い、アクリルアミドを母体とした高分子ハイドロゲルに対してアニオン性モノマー（アクリル酸）およびタンパク質分解酵素（アクリル化トリプシン）を導入することで燃料親和性および分解性を有するハイドロゲルを作製した。本ハイドロゲルは燃料であるポリリシンの添加により一時的な体積収縮と自律的な初期状態への回復、すなわち過渡的な体積変動を生じることが明らかとなった。加えて本ハイドロゲルの過渡的な体積変動によってゲル内に担持した蛍光物質を放出できることもわかった。以上、生体高分子を燃料として非平衡応答を示すハイドロゲルを実証した。

自由記述の分野

高分子化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来の刺激応答性ハイドロゲルおよびその機能のほとんどは平衡論的な機能設計にとどまっており、生体高分子を燃料として非平衡機能を示すハイドロゲルの例はない。本研究では栄養摂取、代謝、そして老廃物排泄により維持される生体から着想を得て、標的生体高分子を燃料として、非平衡かつ巨視的な構造・物性変化を示すハイドロゲル材料を実証し、その設計原理を明らかにすることを研究目的とした。生体高分子に応答したハイドロゲルの非平衡機能を実現する本研究課題は、生命現象を制御する『生き物のようにダイナミックにはたらく刺激応答性ハイドロゲル』開発にむけた基礎的な知見となる。