三次元ナノパターンニング弾性基質の作製と再生医工学への応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15651069
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 渡辺 敏行 東京農工大学, 工学部, 助教授 (10210923)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤池 敏宏 東京工業大学, 大学院・生命理工研究科, 教授 (30101207)
• Keywords: 二光子励起 / 光重合 / ナノパターンニング / 高分子ゲル / 再生医工学

Research Abstract

我々は二光子吸収断面積の大きな光重合開始剤を開発し、赤外レーザー照射(二光子励起)によりハイドロゲルの三次元ナノパターン化を試みた。まず、二光子励起によるモノマー重合のメカニズムを推定するために、開始剤の蛍光寿命測定や過渡吸収スペクトルの測定を行った。その結果、モノマーの重合に寄与するものとしては、光電子移動によって生じるラジカルアニオンあるいは開始剤からのプロトン脱理によって生じる中性アミンラジカルであることが明らかになった。また、二光子吸収断面積が大きく、かつ励起状態寿命が長い光重合開始剤を用いると、光電子移動により、モノマーの重合速度が速くなることを見いだした。さらに、重合開始剤の他にトリエタノールアミンなどの還元剤を一緒にドープしておくと、ラジカルアニオン化したモノマーから開始剤への逆電子移動を防ぐために、重合速度がさらに速くなることを見いだした。また、二光子励起により、ラジカルが発生する分子でも電子吸引性が強いオニウム塩をドープすると、光電子移動が起こり、重合速度が大幅に向上した。2-ヒドロキシエチルアクリレートをモノマーとして用い、二光子励起により、長さ3ミクロン、幅550nmのハイドロゲルポストを作製した。このナノポストの弾性率は架橋剤濃度により制御できることがわかった。このポストをアレイ状に並べ、その上で肝実細胞を培養すると、弾性率の違いにより細胞の増殖を制御できることを見いだした。

Research Products

• [Publications] Y.Kawazu: "Effects of polymer backbone on 2nd order nonlinear optical properties"Seni-Gakkai-shi. 60(5). (2004)
• [Publications] Y.Lu: "Investigation of mechanism of photoinduced polymerization excited by two-photon absorption"Seni-Gakkai-shi. 60(5). (2004)
• [Publications] Y.Lu: "Highly efficient two-photon initiated polymerization in solvent by using novel two-photon chromophore and co-initiator"J.Meter.Chem. 14. (2004)
• [Publications] Y.Lu: "Synthesis and their Two-Photon Absorption Measurement of Novel Push-Pull Fluorophores"J.Lumin.. (in press). (2004)
• [Publications] Y.Lu: "Highly Sensitive Two-photon Chromophores Applied to Three Dimensional Lithographic Microfabrication : Design, Synthesis and Characterization Towards Two Photon Absorption Cross Section"J.Meter.Chem.. 14(1). 75-80 (2004)
• [Publications] T.Watanabe: "Molecular Design of Two-photon Chromophore and their application to Three Dimensional Lithography"Shikizai Kyokai. 76. 511-518 (2004)