【研究領域課題番号】18H02027 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハイドロゲル / エントロピー弾性 / 負のエネルギー弾性 / ゴム弾性 / 高分子ゲル / ゲル弾性 / エネルギー弾性

【研究成果の概要】

ゲルは、ゼリー、豆腐などの食品や、ソフトコンタクトレンズ、止血剤など医療に活用される、ウェットでやわらかい物質である。本研究では、ゲルのやわらかさが熱力学第二法則(エントロピー増大の法則)に基づくエントロピー弾性でおおむね説明できるという100年近く信じられてきた定説を覆し、ゲルは大きな負のエネルギー弾性を持つことを示した。その結果を元に、負のエネルギー弾性は、ゲルの本質である溶媒と高分子の共存に由来していることを示し、ゲル弾性はゴム弾性とは異なることを明らかにした。

【研究の社会的意義】

高分子網目の示す弾性率と温度の関係性については、ゴム弾性においてはエネルギー項の割合が小さく、その起源はエントロピー弾性であると結論付けられた。これ以降、全ての理論モデルはエネルギー項を無視し、エントロピー項のみに着目をして構築されてきた。高分子ゲルに関しても、ゴム弾性の理論がそのまま適用された。
本研究は、これまでに疑われることのなかった領域にメスを入れる研究であり、ゲルとゴムの本質的な違いを明らかにし、ゲルを独立な物質として再定義する学術的に意義のある研究である。本研究により、高分子ゲルの弾性について理解が深まったことで、新しい高分子ゲル材料の設計指針が得られる可能性がある。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】高分子・繊維材料

【研究領域課題番号】25708033 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子ゲル / 構造不均一性 / 構造物性相関 / Tetra-PEGゲル / 均一網目構造 / モデルネットワーク / ゴム弾性理論 / 有効媒質近似 / ハイドロゲル / TetraPEGゲル / 構造と物性の相関

【研究成果の概要】

均一網目構造を有するTetra-PEGゲルに制御された不均一性を導入し、それらを独立に評価することを試みた。その結果、重なり合い濃度付近で作製されたTetra-PEGゲルは均一な網目構造を有しており、その弾性率はファントムモデルで、破壊エネルギーはLake-Thomasモデルで記述できることが示唆された。部分鎖長の不均一分布やダングリング鎖の影響は不均一性として大きくないのに対して、絡み合いやループの影響はモデル予測と実験値のずれとして検出されることが示唆された。以上の結果は、高分子網目の基礎物性を理解する上で重要な知見であると考えられる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】23700555 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハイドロゲル / Tetra-PEG ゲル / 医用構造材料 / 生分解性 / 高分子ゲル / Tetra-PEGゲル / 生体構造材料 / 生体材料 / 精密構造制御

【研究成果の概要】

新規高強度ゲルであるTetra-PEGゲルの医用構造材料への応用へ向けて、生体適合性の評価、薬物放出挙動の評価、分解性の付与をおこなった。原材料・ゲル作製過程・作製されたゲルの生体適合性を調べ、生体内でon-siteで作製可能なゲルであることを確認した。分子量の異なる高分子モデル薬物のゲルからの放出挙動を調べ、ゲル網目がモデル薬物の放出挙動に及ぼす影響を明らかにした。新たな分子設計によりゲルの分解挙動を制御する事に成功した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】高分子構造物性(含繊維)

【研究領域課題番号】08455449 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハイドロゲル / 高分子ゲル / 刺激-応答 / NMRイメージング / 三次元画像 / HNMRイメージング / 常磁性イオン / 画像解析

【研究成果の概要】

ハイドロ高分子ゲルは電場を印加することにより収縮することにより,人工筋肉,物質の移動量の制御などの開発に期待され,広く研究されている。このためにゲルの収縮の機構についての分子レベルからの基礎的な研究の進展が必務である。このような考えのもとに,^1HNMRイメージング法が核の空間分布の情報を与えることに注目して本研究課題を発展させるとともに,その方法論を確立した。
電場印加にともないゲルの収縮過程の機構および金属イオンの空間分布を^1HNMRイメージング法を用いて,ミクロな面から解明した。また,これらの方法論が分子設計に大きく貢献することを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1996 - 1997

【配分額】8,300千円 (直接経費: 8,300千円)