2016 Fiscal Year Annual Research Report
Frontier of dynamic biomimetics based on the spatio-temporal structurization of block copolymers
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15H05495
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
上木 岳士 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (00557415)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / ブロック共重合体 / ゲル / 化学振動反応 / 分子機械 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではブロック共重合体が形成するnm～μmオーダースケールの三次元秩序に時間軸を加え、この時空間構造を利用した以下の分子システムを構築する。１．BZ反応基質カプセル化ベシクルアレイを用いた生体環境で駆動する動的マイクロコンベア ２．自励振動ブロック共重合体の時空間ナノ相分離を利用したアメーバ運動。
１．に関してはカプセル化ベシクルアレイの前駆構造となるルテニウムビピリジン錯体修飾ブロック共重合体のベシクル構造化メカニズムに関して検討を進めた。ブロック比を変化させたブロック共重合体を可逆的開裂付加連鎖移動(RAFT)重合により合成した。ブロック共重合体を構成する各高分子成分の分子量およびセグメント比を系統的に変化させた際、平衡構造ににどのような違いが現れるのか、また影響を与えうる因子を明らかにした。さらに時間構造化の駆動力となる化学振動反応の条件(温度、基質濃度、添加塩)の影響を調査した。２．に関しては分岐構造を持たせたブロック共重合体を利用したが、溶液状態の経時安定性に問題が生じた。このため逐次的RAFT重合により、線形ABC型トリブロック共重合体を合成し、振動現象への適用を試みた。結果として初年度にABA型トリブロック共重合体により観測された粘性率ベースライン、貯蔵／損失弾性率振幅を大きく凌駕し、実際のアメーバ運動に匹敵する数1000mPa・s相当の振動を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では最終年度までに一定条件下、アメーバに匹敵する粘弾性振幅(～数1000mPa・s)を実現する見込みであったが、本年度ABC型の線形構造を利用することで目標を達成した。ベシクルカプセルはアレイ状の集積化および内部基質の漏洩が深刻な問題である。こちらのプロジェクトは当初の戦略から方針の転換が迫られているが、一方で構造化メカニズムの詳細な検討からいくつかの解決策や、未解明であったベシクル構造化の速度論に関する知見が得られている。別のアプローチとして物理架橋構造内部への化学架橋を光よって時空間的に制御した、細胞培養材料の創製にも取り組んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
ブロック共重合体の時空間構造制御によるアメーバ運動に関しては分子論的なメカニズムの解明を急ぐとともに論文化を進める。併行して、分岐等の非線形構造をもち、かつ溶液の経時安定性に優れるブロック共重合体の合成に取り組む。また、基質カプセル化ベシクルアレイはいくつかの問題が浮き彫りになっており、別のアプローチも検討を始めている。これまでベシクルや球状ミセル等の分散安定性を付与するためにpoly(ethylene oxide)(PEO)を用いてきたが、プロトンや酸化剤の供給部位をPEOの代わりに導入することで温和な条件で時空間構造化するブロック共重合体を合成する。さらに光によって粘弾性を時空間制御したゲルを創出し、細胞培養足場等の新規な材料システムに展開する。
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