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。

含水聚合物网络材料的凝胶和海绵具有与生物组织相似的结构和特性，并且是材料科学和生物材料应用的有趣材料。去年的研究旨在阐明凝胶和海绵的相似性和特异性，并建立将它们联系起来的横截面理论。我们尝试通过使用将凝胶和海绵与相同成分组成分开的技术全面测量和分析结构和特性来对跨学科的基础进行系统化。由于去年的研究，我们使用共聚焦显微镜和小角度X射线散射评估了在凝胶化和海绵过程中结构形成的动力学，并且发现低浓度区域的海绵会导致相位分离，导致由于与胶凝反应和弹性表达相关的浓度波动增加而导致的浓度波动增加，因此它们会导致相位。此外，通过使用粗粒仿真模型，在间尺度结构单元中复制了散射实验的结果，从而揭示了分子理论图像。此外，在体内实验中，观察到诱导体内脂肪的生长，为将海绵结构施用凝胶施加到生物材料中提供了基础。作为今年的另一件事，相位分离现象的结果称为凝胶凝胶相分离，已在英语文学杂志上发表。在写作过程中，揭示了凝胶过程中没有发生相分离，并且在凝胶化后发生的收缩过程中发生凝胶凝胶相分离。通过使用共聚焦激光显微镜，可以清楚地观察到凝胶 - 凝胶相分离结构。还发现，用于凝胶的前聚合物的分支数量越大，发生的可能性就越大。

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