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2021 年度 実績報告書

一軸配向多糖膜を用いた水蒸気駆動型エネルギー変換素子の設計

公募研究

研究領域水圏機能材料:環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成
研究課題/領域番号 20H05213
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

桶葭 興資  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (50557577)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード配向 / 多糖 / 水蒸気 / 自己組織化 / アクチュエータ
研究実績の概要

水圏の生体組織が多様なエネルギー変換を達成していることに鑑みれば、持続可能な社会に向けて、水を活用したエネルギー循環型社会への移行は必須である。例えば、ソフトでウエットな高分子ハイドロゲルは人工軟骨や細胞足場など医用材料をはじめ、生体機能の超越が有望視されている。同時に、刺激応答性高分子を用いたケモメカニカルゲルや湿度応答する合成高分子フィルムなど、しなやかに運動するアクチュエータの研究も注目されてきた。一方、生体高分子の多糖が生体適合性や環境適応性を有し、重要な材料として再注目されている。しかし、多糖と水を扱った先端材料、特に水の蒸発に関する研究は発展途上にある。そこで本研究では、様々な特性を持つ各種多糖に対して一軸配向膜を作製し、水蒸気駆動型の運動素子や高い保湿性を有する微粒子状の材料、さらにエネルギー変換材料の設計を進めた。以下に具体的内容、意義、およびその重要性を記す。1. 水圏環境で創られた生体高分子の多糖は、分子・ナノ・マイクロスケールと階層的な自己集合構造を形成し、その形態もファイバー状や微粒子状と多岐にある。ここで、高分子濃度や塩濃度など水圏環境を整えることで、その形態の可逆的制御に成功した。骨格タンパク質が示す動的不安定性と類する特徴であり、生物学的にも有意義な内容が明らかになった。2. 多糖の自己集合構造としてファイバー状を形成する階層構造について報告した。特に、自己相似的なナノ・マイクロ構造、水圏環境や乾燥条件を制御した系における多糖の形態、架橋構造が導入された多糖ゲルの膨潤特性についてまとめた。また本年度において国際学会と国内学会含め11件発表、査読付学術論文受理済1報と投稿中数報あり、活発な議論を通して進められた。これを基に本研究の多角的なアプローチがなされ、新学術を推進させる取り組みとして重要なステップを踏んだ。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

https://researchmap.jp/kosukeokeyoshi

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Super-moisturizing materials from morphological deformation of suprapolysaccharides2022

    • 著者名/発表者名
      Kulisara Budpud, Kosuke Okeyoshi, Shoko Kobayashi, Maiko K. Okajima, Tatsuo Kaneko
    • 雑誌名

      Macromolecular Rapid Communications

      巻: NA ページ: in press

    • 査読あり
  • [学会発表] Interfacial fluctuationon meniscus splitting and preparation of polysaccharide gels in microdevice2022

    • 著者名/発表者名
      Leijie Wu, Isamu Saito, Kenta Hongo, Kosuke Okeyoshi
    • 学会等名
      第33回高分子ゲル討論会
  • [学会発表] 界面分割法によるキトサン配向ゲルの作製と膨潤特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      小倉 広慈, 原 光生, 池本 夕佳, 桶葭 興資
    • 学会等名
      第33回高分子ゲル討論会
  • [学会発表] バイオミメティックポリマーマテリアル:自然環境エネルギーの活用2022

    • 著者名/発表者名
      桶葭 興資
    • 学会等名
      第15回循環高分子会議
    • 招待講演
  • [学会発表] 多糖類一軸配向膜の構造解析2022

    • 著者名/発表者名
      山路 彩花, 松葉 豪, 桶葭 興資, 池本 夕佳
    • 学会等名
      2021年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [学会発表] Spatiotemporal matter in meniscus splitting of viscous fluids for mathematical models2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Katsushima, Kosuke Okeyoshi
    • 学会等名
      2021 MRS Fall Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Dissipative structures of aqueous polysaccharide dispersions on evaporative interface2021

    • 著者名/発表者名
      Koji Ogura, Lejie Wu, Yuming Wu, Isamu Saito, Yoshiya Tonomura, Kosuke Okeyoshi
    • 学会等名
      2021 ACS Fall Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Statistical studies of meniscus splitting using an aqueous mixture of polysaccharides for preparation of bioinspired functional materials2021

    • 著者名/発表者名
      Isamu Saito, Koji Ogura, Yuming Wu, Yoshiya Tonomura, Kosuke Okeyoshi
    • 学会等名
      2021 VIRTUAL MRS Spring Meeting & EXHIBIT
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonequilibrium nature in meniscus splitting of aqueous polysaccharide suspensions2021

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Okeyoshi, Kulisara Budpud, Gargi Joshi, Tatsuo Kaneko
    • 学会等名
      RIKEN, CEMS Topical Meeting Online, Emergent Nonequilibrium Dynamics in Soft Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多糖と水を用いた水圏エネルギー変換材料の設計2021

    • 著者名/発表者名
      桶葭 興資
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ ―日本化学会秋季事業―
  • [学会発表] カチオン性多糖の界面分割現象における核形成分布解析と配向膜の作製2021

    • 著者名/発表者名
      小倉 広慈, 齊藤 魁, 原 光生, 池本 夕佳, 桶葭 興資
    • 学会等名
      第70回高分子討論会
  • [学会発表] 界面分割法による多糖カラギーナン配向膜の作製2021

    • 著者名/発表者名
      Yuming Wu, 小倉 広慈, 齊藤 魁, 金子 達雄, 桶葭 興資
    • 学会等名
      第70回高分子年次大会

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公開日: 2022-12-28  

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