| 研究課題/領域番号 |
25390003
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
吉田 絵里 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60263175)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 自己組織化 / 不可逆的光反応 / 光重合 / 両親媒性ブロック共重合体 / ジャイアントベシクル / 形態変化 / 生体膜モデル |
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| 研究実績の概要 |
生体内に見られる機能の多くは、その機能の組織を構成している分子の自己組織化の仕組みと密接に関係している。このような生体内の自己組織化の形成方法や機能発現メカニズムを模倣して、多くの高機能・高性能材料が作り出されいる。本研究課題は、自己組織化の推進力としてこれまであまり認識されてこなかった“不可逆的な光反応”を用いることで、これを推進力とする自己組織化により形成される高次構造の分子集合体に、不可逆的光反応特有の機能を付与することを通して、新規な高分子材料の創製とその応用を目的としている。
平成２８年度は、不可逆的光反応の１つである光重合を自己組織化の推進力として、この不均一光重合系で引き起こされる両親媒性高分子の自己組織化により形成される種々のジャイアントベシクルの形態について、その形成メカニズムと形態変化について検討を行った。両親媒性高分子として親水部にポリメタクリル酸を、疎水部にメタクリル酸メチルとメタクリル酸のランダム共重合体を持つ両親媒性ジブロック共重合体について、その形成をメタノール水溶液中の光精密ラジカル分散重合により行った結果、マイクロサイズのワーム状ベシクルが得られた。この生成メカニズムを、重合の進行に伴って生長する疎水セグメントの鎖長に基づいて検討した結果、鎖長の生長に伴いベシクルの形態がカップ状ベシクルから球状ベシクルに変化し、さらに球状ベシクル同士の凝集によってワーム状ベシクルに変化することがわかった。また、同様の重合系で得られた球状ベシクルをついて、その可逆的熱応答挙動を利用してベシクルの発芽分離のメカニズムを検討した結果、多細孔の膜状から吻合した細管ネットワークの形成を経てベシクルの発芽分離が起こることが明らかになった。この発芽分離の過程で観察された各形態は、生体内で実際に発芽分離が起こっているゴルジ体や小胞体の形態と類似していることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初計画では、平成28年度は、両親媒性高分子の光ラジカル重合を推進力とする自己組織化によって形成されるジャイアントベシクルを用いて、その人工生体膜モデルの確立を行う予定であった。多くの単細胞生物や種々の細胞小器官の形態であるワーム状ベシクルについて、両親媒性高分子ベシクルを用いてその形態変化や形成のメカニズムを解明できたことや、細胞小器官の生体膜上で起こる発芽分離を、両親媒性高分子ベシクルの膜上で発現させるとともに、その発芽分離の過程で見られる形態が実際に細胞内で発芽分離の起こっている細胞小器官と類似の形態であることを示すことができたことで、生体由来でない両親媒性高分子からなる分子集合体が人工生体膜モデルとなりうることを証明するための重要な成果を得られ、本年度の研究課題の進展につながった。
一方で、平成28年度は「国立大学改革強化推進事業によるグローバル人材養成のためのFD（ファカルティ・ディベロップメント）プログラムの充実・発展」事業の一環である本学の教員研修プログラムのために、４月から６月まで３ヶ月間の学内研修と、それに続く７月から１２月まで６ヶ月間の米国の大学に滞在しての英語での教授法についての研修に従事したことにより、本研究課題の推進に遅延が生じた。
以上の理由に基づき、現時点での研究の進捗状況を「やや遅れている」と評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
光重合誘導型の自己組織化で得られる両親媒性ブロック共重合体を構成単位とするジャイアントベシクルについて、この高分子集合体が人工生体膜モデルとして有用であることを実証し、高分子ジャイアントベシクルを用いた人工生体膜モデルを確立する。その方法として、次の２点に焦点を当てて本研究課題を推進する。
１）生体内で生体膜に形態変化を引き起こさせる環境の変化と類似の条件をジャイアントベシクルに与えることにより、生体膜と同様の形態変化をジャイアントベシクルに起こさせる。
２）生体膜の種々の機能をジャイアントベシクルの膜で発現させる。
１）について、前年度は温度によるジャイアントベシクルの形態変化を中心に研究を推進したが、今年度はpHやイオン濃度の変化に着目して、それらとベシクルの形態変化との関係を検討する。２）では、機能の発現とベシクルの形態変化との関係を含めて考察する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成28年度は、本学の教育に関する教員研修プログラムで、学内での研修と海外での研修期間を合わせ、４月から１２月まで計９ヶ月間に渡って時間的に拘束されたため、研究に従事できる時間が減少した。これらの物理的な時間の拘束による研究時間の減少と研究の遅延より、未使用額が発生し、本研究課題の補助事業期間を延長せざるを得なくなったともに、平成28年度の所要額の一部を今年度に繰り越す結果となった。このことが、次年度使用額が生じた理由である。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今後の研究の推進方策に基づいて、今年度の研究課題の推進に必要な試薬（ジャイアントベシクルの形態変化を引き起こす要件に必要な試薬や、ベシクルの機能化のための反応試薬や溶媒、ガス等）や反応器具（光重合誘発型自己組織化用ガラス器具やその分析用ガラス器具等）といった消耗品の他に、これらの実験で得られた研究成果を国内外の学会等で発表するための旅費、および研究成果を論文として発表するための学術雑誌への論文掲載料等に使用する予定である。
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