【研究分野】高分子、有機材料およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19148 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

機能性高分子 / ブロックコポリマー / 自励振動 / 振動反応 / 高分子ゲル / 刺激応答材料 / 生体材料 / 高分子材料 / ゲル

【研究成果の概要】

本研究課題では、生理条件下で駆動する自励振動高分子材料の創出を目的とする。その第一段階として、ブロックコポリマー（BCP）を用いた検討を行った。近年では自励振動高分子及び親水性高分子からなるAB型自励振動BCPの設計により、高分子ミセルの自律的な形成・崩壊振動が報告されている。これまで分散安定性のみを担っていた親水性セグメントにBrO3-ソースとしての機能を新たに付与したAB型自励振動BCPを設計・合成することで、外部からの臭素酸塩添加なしの条件下における自律的かつ周期的なミセルの形成・崩壊振動が実現された。さらに濃厚BCP溶液系においてはゾルゲル振動が実現された。

【研究の社会的意義】

生体が示す高度な自律性に動機付けされた合成材料として、我々は自励振動高分子材料と呼ばれるコンセプトを世界に先駆けて提唱し、その研究を先導してきた。自励振動材料の応用研究へ向けた道を拓くため、本研究課題では、生理条件下で駆動する自励振動高分子材料の創出を目的とする。本研究課題が達成されれば、生体内で駆動する自律的なマイクロマシンや、周期的に薬物を放出する自律的ドラックデリバリーシステムなど、刺激応答材料を凌駕する革新的な自律性を持つ生体材料創製への大きな足掛かりとなると考えられる。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2020-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】高分子・繊維材料

【研究領域課題番号】15H02198 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子ゲル / 機能性材料 / 自励振動 / 自己組織化 / 生体模倣 / ソフトマテリアル / 非平衡ダイナミックス / 自律性 / 高分子 / ゲル / 生体材料 / 自律機能 / 生体機能材料

【研究成果の概要】

生体の種々の自己組織化現象の化学モデルにもなっている振動反応（BZ反応）をポリマーネットワークの周期的体積変化や力学物性変化に変換することにより、心筋のように外部刺激のon-offなしに自ら周期的な膨潤収縮振動を起こす自励振動ゲルを開発した。高分子鎖の伸縮振動、ミセルやベシクルの凝集崩壊振動やそれに伴うゾルゲル振動、バルクゲルの体積振動や蠕動運動など、様々な階層スケールでの自励振動現象を発現することに成功した。人工繊毛、人工アメーバ、人工細胞、人工心筋、人工輸送管、自律駆動ソフトアクチュエータ（ソフトロボット）など、自律的な機能を発現する革新的なバイオミメティック材料への展開が期待される。

【研究の社会的意義】

自励振動ゲルは、ゲル研究分野において唯一、"外部刺激のon-offなしに自ら膨潤収縮振動を起こす”独創的なゲルである。学術的にも、生体の自己組織化現象の化学モデルにもなっているBZ反応を、ポリマーネットワークの周期的体積変化（力学変化）に変換し、機能性材料設計に応用した世界でも最初の研究でもある。ゲルの機能性材料としての新しい可能性を提唱し、散逸構造を利用した自己組織化４次元マテリアルとしての新しい学理を築いた研究として高分子科学、材料科学、非平衡科学等の分野で先導的な役割を果たした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2020-03-31

【配分額】41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円)