【研究領域課題番号】21K20411 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ポリマーナノコンポジット / 自己集合 / ナノ粒子 / 粗視化分子シミュレーション

【研究成果の概要】

本研究の目的は，粗視化分子シミュレーションを用いて，様々な添加剤がポリマーナノコンポジットの性質に与える影響を検討し，ポリマーナノコンポジット材料における力学特性の支配因子を特定を目指すことである．さらに明らかとなったメカニズムを基に，ヤヌス粒子を用いた相分離構造制御を行い，既存の材料では観察されない機械特性を有する材料を探索する.その目的に対し，初年度は，プログラムの作成およびシステムの構築を行った．まずプログラムの開発として，これまでの研究において粗視化分子シミュレーションの基本的なプログラムは開発済みであったため，それらをポリマーナノコンポジット系に拡張した．具体的には，ホモポリマーまたはブロックコポリマーで構成されるポリマーマトリックスに，ナノ粒子を添加した．このプログラムを用い，まず平衡状態での自己集合構造を調べた．検討パラメータは，ナノ粒子表面の化学的性質（ホモまたはJanus（異なる化学的性質の表面を伏せ持つ）），体積分率とした．調査の結果，粒子のデザインや粒子体積分率に応じて，様々な自己集合構造が現れた．さらに非平衡シミュレーションにも取り組んだ．具体的には一軸引張シミュレーションを実施した．現在は，平衡シミュレーションで得られた様々な自己集合構造に対して引張シミュレーションを行うことで，ガラス転移温度以上に設定された温度域での，自己集合構造と物性の関係性を調査している．

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2021-08-30 - 2023-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】16H02398 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

自己集合 / 自己組織化 / ナノ粒子 / 機能性酸化物 / イオン導電性 / 磁性 / バイオミネラル / 結晶成長 / 機能材料

【研究成果の概要】

サイズと形状のそろったナノブロックは，その分散液の蒸発に伴う移流集積現象によって配向配列体を形成する．本研究では，この自己集積現象を巧みに利用し，集積条件を最適化することで，ナノキューブやナノ直方体などの矩形ナノブロックをビルディングユニットとして，様々な種類の一次元・二次元・三次元秩序配列をマイクロ～ミリメートルスケールの広範囲にわたって方位選択的に作製することを可能とした．ナノブロックは有機分子に覆われており，多様な金属酸化物や金属が積層できるために，多様かつ異種の物質において特異な配向体や接合体が得られ，結晶方位の同一性や高い比表面積に由来する新規な機能が見出された．

【研究の社会的意義】

本研究で見出されたブロック配列による材料の形態デザインでは，ビルディングユニットは有機分子に覆われており，化学組成はその秩序配列に影響を及ぼさない．そのため，本手法は多様な金属、金属酸化物、その他の物質のナノブロックによる様々な種類の一次元・二次元・三次元秩序配列の作製に適用可能である．さらに本研究では，ナノブロックの規則配列や異種物質の接合による新規機能が見出されており，本手法の機能デバイスへの発展が示されている．従って，矩形ナノブロックを自在に組み合わせて任意な形態に配列させる本手法は，革新的な機能を生み出す材料プロセスであり，新たな材料開発の基盤として期待される．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】44,460千円 (直接経費: 34,200千円、間接経費: 10,260千円)

【研究分野】ナノ材料化学

【研究領域課題番号】15K17440 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Polyphenol / Antioxidant / ポリフェノール / 自己集合 / ナノ粒子 / RAFT重合

【研究成果の概要】

ポリフェノールは植物の葉、茎、樹皮、果皮、種子などに多く含まれているバイオマス由来の化合物であり、抗酸化作用、抗炎症性、抗菌作用といった優れた生理活性を持つ。植物性ポリフェノールの化学構造をみてみるとガロール基をもっている場合が多い。そこでこのガロール基を側鎖にもつ、ポリフェノール模倣高分子、ポリビニルガロールを新たに設計、合成した。ポリビニルガロールの抗酸化活性を評価したところ、一部の天然のポリフェノールよりも強い抗酸化活性を示した。よって、ポリビニルガロールは化粧品分野や医薬品分野で有用な新規高分子材料であることがわかった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】15K14129 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

結晶成長 / 自己組織化 / 自己集合 / ナノ粒子

【研究成果の概要】

本研究では、多様な物質系を用いてナノスケールの矩形ユニット粒子のオリエンテッドアタッチメント現象を検討した。第1には、既存の酸化マンガン矩形ブロックにおいて、安定化分子や集積条件を最適化し、位置や配列を任意に制御した多様なオリエンテッドアタッチメントの方法を開発した。第2には、アナターゼ型二酸化チタン・水酸アパタイト・カルサイト型炭酸カルシウムの矩形ナノブロックの合成と配列に取り組み、多様な物質系におけるオリエンテッドアタッチメント現象を確認した。これらの結果より、ナノユニットを自在に連結させるオリエンテッドアタッチメントの技術的基盤の確立に成功した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】ナノ構造化学

【研究領域課題番号】25870229 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子シミュレーション / 自己集合 / ナノ粒子 / 散逸粒子動力学法

【研究成果の概要】

ナノ粒子の自己集合は，我々の身の回りの様々な機能性材料の中で用いられている．つまり，自己集合と機能には強い関わりがあると言える．Janus粒子は，粒子表面に2つ以上の異なる性質を持つ（例えば疎水性と親水性を併せ持つ）特殊な粒子で，近年の合成技術の発達によって作成可能となった．本研究では Janusナノ粒子の自己集合構造や自己集合過程を分子シミュレーションによって調べた．その結果，これまで観察されなかった新しい集合構造や相を発見し，また規則的な相が現れるいくつかの条件を特定することができた．

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】ナノ材料・ナノバイオサイエンス

【研究領域課題番号】21651050 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質 / ナノ粒子 / エラスチン / 自己集合 / 遺伝子工学 / 構造変化

【研究成果の概要】

本申請課題は、タンパク質のみを構成成分とする高機能ナノ粒子の構築を目的として行った。エラスチン由来のポリペンタペプチド(GVGVP)nは、周囲の温度上昇に応答して構造変化を起こし自己集合する性質を持っている。そこでこの配列をベースにしたタンパク質を遺伝子工学的に合成し、温度応答特性を有する粒子状ナノ構造体を構築する。タンパク質のみを構成成分とするため、高度な機能を容易に付与することが可能であり、かつ生体親和性、生体適合性、生分解性、生体吸収性に優れるため、生体に導入する機能材料としての応用が期待できる。
平成21年度までの研究で構築したナノ粒子の特性を明らかにし、平成22年度はタンパク質の多機能化を試みてDDSキャリアとしての可能性を追求した。モデル薬剤として疎水性抗がん剤を用いて、これを粒子内部に内包した。その後、加温による粒子の収縮により内包した薬剤が放出されることを明らかにした。薬剤を特定のガン細胞等にデリバリするためには、DDSキャリアに分子認識能を付与することが重要である。そこで抗体の優れた分子認識能を利用するため、抗体結合タンパク質と(GVGVP)nの融合タンパク質を新たに構築し、適切に混合して粒子を作製することにより、表面に抗体結合能を付与したナノ粒子を構築した。さらにガン細胞特異的な抗体をその表面にディスプレイしたナノ粒子を構築し、細胞へのターゲッティング能を有することを示した。構築された種々のタンパク質ナノ粒子の基本特性、また応用展開としてDDSキャリアとしての性能を評価し、タンパク質のみを構成成分とするナノ粒子構築法として本法が有用であることを明らかにした。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)