2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K05999
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
伊藤 大道 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 講師 (40363254)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高分子構造・物性 / 高分子微粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は光刺激に応答して形状を変化させる高分子微粒子の合成と光制御手法の開発に関する。高分子微粒子は広く利用されている重要な機能材料である。その形状は、粒径や化学組成と同様、微粒子の機能を決める重要な要素であり、薬物輸送における生体内への取り込みや光散乱挙動に大きく影響を及ぼすことなどが知られている。ここで、外部刺激によって微粒子の形状を変えることができれば、薬物放出を生体内でコントロールしたバイオマテリアルや、微小な動力源などとしての展開が可能になる。外部刺激のひとつとして光が挙げられる。光は操作性に優れ、波長を選ぶことができ、生体温度で利用できたり、微小な領域における操作や遠隔操作も可能であるなど、様々なメリットがある。２次元平面上に置いた微粒子の光駆動形状変化が報告されているが、現在は合成法や光操作法に課題があり、微粒子の特徴をじゅうぶんには引き出せていない。特に、微粒子は媒体に分散させることが多く、３次元空間での光操作が求められる。
そこで本研究では、水に分散する高分子微粒子の光駆動形状変化を可能にする手法を開発する。３次元空間での操作を可能にすることで、一度に大量の微粒子を操作したり、凝集／分散挙動といった微粒子の特徴を活かした操作が可能になる。これまでのところ、水分散系で光駆動形状変化を示す高分子微粒子の合成を進めており、今後は微粒子形状と分子構造との相関の解明、さらに、分散系を活かした光駆動形状変化や光駆動形状変化を利用した微粒子の利用を提案していく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は水分散系で使用が可能な高分子微粒子の合成と光操作法の開発を目的としている。平成29年度は主に合成に着目して検討を行った。具体的には光応答性機能分子であるアゾベンゼンを含む高分子微粒子を、粒径を制御して合成し、さらにその表面を親水化することで、水へ分散する光応答性高分子微粒子を得た。高分子微粒子を合成する一般的な方法として、原料である液体モノマーの油滴を水に分散させて高分子を合成する懸濁重合や乳化重合が挙げられるが、アゾベンゼンを含むモノマーは固体であることが多いため水に分散させるのが困難であり、これらの手法が適用できない。そこで本研究では分散重合法を用いることとした。分散重合はモノマーを溶媒に溶解させた非水系の条件下で重合を開始するので、固体モノマーが適用できる。また、一度に数多くの微粒子を合成することができ、粒径の制御にも優れている。さらに、微粒子表面に機能性高分子を結合させることができるため、得られる微粒子を水に分散させることが可能となる。
既報のアゾベンゼン含有モノマーから数種を選んで合成し、それぞれに対して分散重合におけるモノマー濃度、重合開始剤の種類や濃度、溶媒や温度などの重合条件について検討したところ、粒径１μmの高分子微粒子が得られる条件を見いだした。さらに、分散安定剤に機能性高分子を適用することで、表面を親水化した微粒子が得られ、水への分散性は良好であった。微粒子の粒径と表面修飾密度の調整にも成功した。得られた微粒子は基板平面上における光駆動形状変化を示しただけでなく、水分散系での変形も可能であった。このように、分散系で光駆動形状変化を示す高分子微粒子の合成という当初の目標を達することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度中に得られた高分子微粒子の形状を決める要因を検討する。通常の分散重合法では真球状の微粒子が得られるのに対して、ここで得られた微粒子には異方的な形状を示すものがあった。また、合成に使用するモノマー種によっては光形状変化を示さないものもあった。本研究で用いた高分子は高次構造を形成することが知られており、これと巨視的な形状とには相関があると考えられる。そこで、この相関に着目して、異方的な形状をもつ微粒子の合成条件と、光駆動形状変化を示すための条件とを明らかにしていく。これらの結果は微粒子の設計にフィードバックすることにもなるため、前年度に引き続いて微粒子合成の検討も進めていく。
さらに、得られる微粒子を変形させる光制御法の開発を行う。本研究によって光駆動高分子微粒子の水分散系での操作が可能になるので、微粒子技術と光操作とを様々に組み合わせ、微粒子形状の光応答について多角的に検討する。
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| Causes of Carryover |
経費節約に努め、研究の必要に応じて最小限のものを購入した結果であり、現在のところ研究はおおむね順調に進行している。今後、高分子微粒子の大量合成が必要となるため、そのための試薬やガラス器具に充てる計画である。
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