Development of adhesion mechanism using upper critical solution temperature by electrostatic interaction and its application

利用静电相互作用上临界溶液温度的粘附机制的发展及其应用

基本信息

批准号：
21H02005
负责人：
遊佐真一
金额：
$ 11.48万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

高温で溶媒に溶解して低温で不溶となる現象は、上限臨界溶液温度（UCST）と呼ばれる。特に、同一側鎖にカチオンとアニオンを含む双性イオン構造のスルホベタイン構造の直鎖状高分子は、UCSTを示す高分子として研究されている。低温ではカチオンとアニオンの静電相互作用が強く働くため、水に不溶となる。一方昇温すると分子運動が激しくなり、静電相互作用が遮蔽されるため、水に可溶となることが知られている。本研究の最終目的は、UCSTを示すゲルを利用して、接着や自己修復に応用することである。今年度は、UCSTを示すヒドロゲルの合成を試みた。特に、カチオンとアニオン性側鎖をランダムにポリマー側鎖に導入したポリアンホライトに架橋剤を導入することでゲル化を試みた。これまでの研究で既に、カチオン性の４級アンモニウム塩を含むスチレン型モノマーのVBTACと、スルホネートイオンを含むスチレン型モノマーのNaSSによるランダム共重合体は、水中でUCST挙動を示すことを確認している。今回は、架橋剤となる２つのメタクリレート基を含む低分子量ポリエチレングリコール（PEG）存在下で、VBTACとNaSSの共重合を行うことでヒドロゲルを作製した。得られたヒドロゲルは、純水中で温度を変化しても、常に白濁した状態で温度応答挙動を示さなかったが、食塩やチオ硫酸ナトリウムなどを溶解した水中で、低温で白濁して、昇温により透明化する現象が観測された。これは、純水中ではカチオン性のVBTACと、アニオン性のNaSSの静電相互作用が強く働くため、温度応答挙動を観測できなかったが、塩を添加してVBTACとNaSSの静電相互作用を遮蔽することで、温度変化による静電相互作用の強さが変化したと考えられる。さらに、温度応答の実験条件を最適化することにより、より明確にポリアンホライトヒドロゲルは、UCST挙動を示すと期待される。

在高温下溶解在溶剂中的现象和低温下不溶于临界溶液温度（UCST）。特别是，已经研究了具有含有s链离子结构的硫蛋白结构的线性聚合物，该结构含有同一侧链上的阳离子和阴离子，作为显示UCST的聚合物。在低温下，阳离子和阴离子之间的静电相互作用强烈作用，使其在水中不溶于水。另一方面，当温度升高时，分子运动变得强烈，静电相互作用被屏蔽，使其可溶于水。这项研究的最终目标是利用表现出UCST的凝胶并将其应用于粘附和自我修复中。今年，我们试图合成展示UCST的水凝胶。特别是，通过将一个交联链引入聚木岩中，尝试将凝胶化引入聚合物侧链中。先前的研究已经证实，VBTAC的随机共聚物是一种含有阳离子Quaternary铵盐的苯乙烯型单体，NASS和NASS（含有硫烯酸酯离子的苯乙烯型单体）NASS在水中表现出UCST行为。这次，在存在低分子量聚乙烯乙二醇（PEG）的情况下通过共聚的VBTAC和NASS制备水凝胶，该乙二醇（PEG）含有两个用作交联的甲基丙烯酸酯基团。即使在纯净水中温度变化时，获得的水凝胶也经常多云，但是观察到水凝胶在低温下在水，盐，硫代硫酸钠等的水中变得浑浊，由于温度的升高，水凝胶溶解了，水凝胶变得清晰。这是因为阳离子VBTAC和阴离子NASS之间的静电相互作用在纯水中很强，因此无法观察到温度响应行为，但是人们认为，通过添加盐来保护VBTAC和NASS之间的静电相互作用，这是由温度变化引起的静电相互作用的强度。此外，通过优化温度响应的实验条件，可以预期聚金能水凝胶会更清楚地表现出UCST的行为。

项目成果

期刊论文数量（168）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

pH-Responsive Association Behavior of Biocompatible Random Copolymers Containing Pendent Phosphorylcholine and Fatty Acid

含侧磷酸胆碱和脂肪酸的生物相容性无规共聚物的 pH 响应缔合行为

DOI：
10.1021/acs.langmuir.1c02200
发表时间：
2021
期刊：
Langmuir
影响因子：
3.9
作者：
S. Yusa;D. Oka;Y. Iwasaki;K. Ishihara
通讯作者：
K. Ishihara

pH.Responsive Polyion Complex (PIC) Vesicles Covered with Phosphorylcholine Groups.Containing Shells

pH 响应性聚离子复合物 (PIC) 囊泡，覆盖有磷酰胆碱基团，含壳

DOI：
10.5360/membrane.47.147
发表时间：
2022
期刊：
MEMBRANE
影响因子：
0
作者：
KIMURA Yuta;FUNAYAMA Keita;FAKKAO Mahunnop;NAKAMURA Takashi;KUWATA Naoaki;KAWADA Tatsuya;KAWAMURA Junichi;AMEZAWA Koji;遊佐真一
通讯作者：
遊佐真一

2種類の下限臨界溶液温度を示すポリマーから成るジブロック共重合体

由具有两种较低临界溶液温度的聚合物组成的二嵌段共聚物