Fundamental understanding of polymer gels and sponges

对聚合物凝胶和海绵的基本了解

• 批准号: 21H04688
• 负责人: 酒井 崇匡
• 金额: $ 27.21万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04688/
• 关键词: 高分子ゲル; バイオマテリアル; ハイドロゲル; ゲル・ゲル相分離; スポンジ; 相分離; 物質拡散; レオロジー

含水性高分子網目材料であるゲルやスポンジは、生体組織に類似の構造・物性を有し、材料科学的にも生体材料応用を目指す上でも興味深い材料である。昨年度の研究では、ゲルとスポンジの類似性と特異性を明らかにし、それらを繋ぐ横断的な学理を確立することを目指した。同一の成分組成からゲルとスポンジを作り分ける手法を用い、構造・物性を網羅的に測定・解析することで分野横断的な体系化を試みた。昨年度の研究成果として、ゲル化・スポンジ化過程の構造形成の速度論を共焦点顕微鏡および小角X線散乱を用いて評価し、低濃度領域におけるスポンジ化がゲル化反応に伴う濃度ゆらぎの増大、およびパーコレーションに伴う弾性発現をきっかけに相分離が起こることが明らかになった。また、粗視化シミュレーションモデルを用いることで、散乱実験の結果をメゾスケール構造単位で再現し、分子論的な描像を明らかにした。さらにin vivo実験では、生体内で脂肪の成長を誘導することが観察され、スポンジ構造を有するゲルの再生足場バイオマテリアルへの応用の礎となる結果が得られた。今年度の追加事項として、ゲル・ゲル相分離と名付けられた相分離現象についての成果が英文学術雑誌にて公開された。論文執筆の過程で、ゲル化の際には相分離は起こらず、ゲル化の後に起こる収縮過程においてゲル・ゲル相分離が起こることが明らかになった。共焦点レーザー顕微鏡を用いることで、ゲル・ゲル相分離構造が明確に観察できるようになった。また、ゲル化に用いるプレポリマーの分岐数が大きいほど、ゲル・ゲル相分離が起こりやすいことが明らかになった。

凝胶和海绵是含水的聚合物网络材料，具有与活体组织相似的结构和物理性质，无论从材料科学的角度还是生物材料应用的目的都是有趣的材料。在去年的研究中，我们旨在阐明凝胶和海绵之间的相似性和特殊性，并建立连接它们的交叉理论。我们采用一种方法，用相同的成分分别制造凝胶和海绵，通过全面测量和分析它们的结构和物理性质，试图将跨学科的结果系统化。根据去年的研究，我们使用共焦显微镜和小角度 X 射线散射评估了凝胶化和海绵化过程中结构形成的动力学，还发现相分离是由于与渗透相关的弹性的发展而发生的。 。此外，通过使用粗粒度模拟模型，我们重现了介观结构单元的散射实验结果，并阐明了分子图像。此外，在体内实验中，观察到体内诱导脂肪生长，这一结果为海绵结构凝胶在再生支架生物材料中的应用奠定了基础。作为今年的附加项目，关于一种名为凝胶-凝胶相分离的相分离现象的研究结果发表在一份英文学术期刊上。在撰写论文的过程中，我们发现凝胶化过程中不会发生相分离，而是在凝胶化后发生的收缩过程中发生凝胶-凝胶相分离。通过使用共焦激光显微镜，可以清楚地观察凝胶-凝胶相分离结构。研究还表明，用于凝胶化的预聚物中的支链数量越多，就越有可能发生凝胶-凝胶相分离。

项目成果

Mechanical properties of doubly crosslinked gels

• DOI: 10.1038/s41428-019-0203-6
• 发表时间: 2019-09
• 期刊: Polymer Journal
• 影响因子: 2.8
• 作者: T. Katashima;U. Chung;T. Sakai

高分子ゲルの熱力学：準希薄スケーリング原理と負のエネルギー弾性

聚合物凝胶热力学：准稀缩放原理和负能量弹性

• 发表时间: 2022
• 作者: 板橋勇輝;井手上敏也;星野晋太郎;後藤千裕;並木宏允;笹川崇男;岩佐義宏;石井卓也・長尾一哲・大宮寛久;作道直幸
• 通讯作者: 作道直幸

ゲルって何？

什么是凝胶？

• 发表时间: 2022
• 作者: Masauki Morie;Ryo Sekiya;Takeharu Haino;佐藤由季也・隅田有人・大宮寛久;Hideyuki Otsuka;酒井崇匡
• 通讯作者: 酒井崇匡

膨潤を制御したハイドロゲルを用いた人工硝子体および止血剤の開発

利用水凝胶控制膨胀的人工玻璃体和止血剂的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 和田智也;深井悠太郎;笹川崇男;長尾一哲・中川雅就・松木佑樹・小林理乃・大宮寛久;酒井崇匡
• 通讯作者: 酒井崇匡

Ultra-elastic hydrogel consisting of minimal network

由最小网络组成的超弹性水凝胶

• 发表时间: 2021
• 作者: Saki Arimura;Ikuya Matsumoto;Ryo Sekiya;Takeharu Haino;Takeshi Fujiyabu;Takeharu Haino;Yuki Yoshikawa;灰野岳晴;Takamasa Sakai
• 通讯作者: Takamasa Sakai