| 研究課題/領域番号 |
24225006
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
グン 剣萍 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 教授 (20250417)
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| 研究分担者 |
黒川 孝幸 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 准教授 (40451439)
中島 祐 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 助教 (80574350)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| キーワード | ゲル / 犠牲結合 / 高靱性 / 高強度 / 生体材料 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、特に以下の３点を研究した。
1. ポリイオンコンプレックスゲルの創製: これまでに、アニオンとカチオン両モノマーの共重合により、高靱性と自己修復性を併せ持つ両性イオン性電解質ゲルを重合した。本年度は、アニオンポリマー存在下でカチオンモノマーを重合させ、ポリイオンコンプレックスゲルを重合した。本ゲルも同様に高靱性と自己修復性を有する他、一度塩溶液に溶解させて純水で透析することにより、高靱性なゲルの再形成にも成功した。リサイクルが容易な高強度ゲルとして期待される。
2. 第1網目に超構造を導入したDNゲル: 剛直高分子を添加したゲルの異方的膨潤に伴う超構造形成を研究した。局所的なマスキングによってゲルの膨潤度を空間的に変調させ、異方的膨潤を導入したところ、剛直性高分子PBDTを膨潤によって自由自在に配列出来た。この超構造はイオン相互作用で固定され、大変安定である。さらに本ゲルを第1網目とした高強度DNゲルを作成したところ、超構造を保ちつつ、それを反映した異方的な力学物性を有していた。
3. ラメラ構造ゲルの色応答速度の劇的な向上: これまでに、ポリアクリルアミド（PAAm）ゲルの中に重合性のラメラ脂質二分子膜を積層させ、美しい構造色を示すゲルを合成した。本ゲルは、ラメラ層の疎水性相互作用が犠牲結合として働くために高靱性である他、外部刺激に応答した色変化を示す。しかし本ゲルは、ラメラ層の粘性のために色変化の応答速度が遅かった。そこで、二分子膜をゲルの膨潤作用で寸断させ、高靱性はそのままに応答速度の向上を試みた。ゲル内部のPAAmを一部加水分解して浸透圧を上昇させ、ゲルの膨潤に伴って二分子膜を細断した。結果、構造色と強靭性を保ちつつ応答速度を100万倍速めたほか、最大3kPaの小さい圧力で、赤～青のフルカラー色変化を実現出来た。無電力ディスプレイなどへの応用が可能である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
計画に盛り込まれていた、異なる様式のイオン結合によるゲルを創り出すことに成功した。このゲルは、従来の高靱性ゲルが持たなかった優れた再形成性を有していた。また、高強度ゲルへの異方性の導入にも成功した。こうした異方性は軟骨などの生体組織にも見られることから、本技術は生体代替材料としてゲルを利用する際に大きな武器となる。さらに当初の計画を超え、脂質二分子膜を有し、高靱性と構造色を示すゲルの機能改善を果たすことが出来た。本ゲルはセンサー、ディスプレイ材料として極めて有用である。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに、共有結合、イオン結合、疎水結合からなる犠牲結合を有するゲルを創製した。一方で、水素結合は最も多く存在する物理結合であり、特に生体組織の強靭性は水素結合によるものが多いと考えられている。そこで、新たに水素結合を用いた高靱性ゲルを検討する。モノマーとして水素結合形成能が高いウラニル基を検討している。また、ラメラ構造を有する高靱性・構造色ゲルの高次構造制御と機能発現を追求する。具体的には、このゲルを用いた低次元薬物放出システムへの応用を目指して、円筒状、玉葱状などの多様なラメラ超構造形成を試みる。
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