一次元膨潤・収縮材料の開発

一维膨胀/收缩材料的开发

• 批准号: 20H02797
• 负责人: 宇山 浩
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02797/
• 关键词: バクテリアセルロース; ゲル; 複合材料; ウェラブルデバイス; バクテリアセルルース; 導電性高分子; 多糖類; ポリビニルアルコール; カルボキシメチルセルロース

バクテリアセルロース（BC）ゲルは面方向においては均一なナノサイズのネットワーク構造を有するが、厚み方向にはミクロンサイズの層状構造をもつという異方性を有する。本研究はBCの特異な構造・性質を元に、BCの層間に刺激応答分子を挿入・固定化することにより、外部刺激に応答して一次元的に膨潤・収縮する材料を開発する。今年度はBCのセルロースナノファイバー（CNF）表面を導電性高分子で被覆することで、高含水率かつ高導電性、さらには異方導電性を示すハイドロゲルを開発した。BCを塩化アクリロイルと反応させることでアクリロイル基導入BC (AcBC) ゲルを得た。次にAcBCゲルを4-スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液に浸漬し、ラジカル重合することでBCゲルのCNF表面にポリ(4-スチレンスルホン酸ナトリウム) (PSS) をグラフト化した (BC-g-PSS)。続いて、BC-g-PSSゲルを3,4-エチレンジオキシチオフェン (EDOT) の水-DMF分散液に浸漬し、酸化重合することで目的の導電性ハイドロゲル (BC-g-PSS/PEDOT) を得た。導電性ハイドロゲルBC-g-PSS/PEDOTの内部構造をSEMで観察した。CNFの直径の増加が認められ、CNF表面がPEDOT/PSS層によって被覆されていることが示唆された。四端子法による導電率測定から、最大で0.3 S/cmの高い導電率を示す一方で、含水率も93%以上保持していることがわかった。CNFをPSSで化学修飾せずにPEDOT/PSSをBCゲル内で合成したところ (BC-PEDOT/PSS)、含水率は保持したが、導電率は大幅に低下した。

细菌纤维素（BC）凝胶在平面方向上具有均匀的纳米尺寸网络结构，但在厚度方向上具有各向异性，具有微米大小的分层结构。基于BC的独特结构和特性，本研究开发了一种材料，该材料通过在BC层之间插入和固定刺激反应分子来响应外部刺激，以响应外部刺激。今年，我们开发了一种水凝胶，该水凝胶通过将BC纤维素纳米纤维（CNF）的表面与导电聚合物涂覆，该水凝胶表现出高水含量，高电导率和各向异性电导率。通过将BC与丙烯酰氯化物反应，获得了丙烯酰基 - 引入BC（ACBC）凝胶。接下来，将ACBC凝胶浸入4---磺基磺酸盐的水溶液中，并将ACBC凝胶对移植物聚合至移植物聚合（4-------------------------硫酸盐）（PSS）上，以上于BC凝胶（BC-G-PSS）的CNF表面。随后，将BC-g-PSS凝胶浸入3,4-乙二甲酸二苯乙烯（EDOT）的水-DMF分散液中，并氧化聚合以获得所需的导电水凝胶（BC-G-PSS/PEDOT）。通过SEM观察到导电水凝胶BC-G-PSS/PEDOT的内部结构。注意到CNF的直径增加，这表明CNF表面被PEDOT/PSS层覆盖。使用四端方法的电导率测量结果表明，尽管它表现出高达0.3 s/cm的高电导率，但它也保留了93％或更多的水分含量。当PEDOT/PSS在BC凝胶中合成而没有PSS（BC-PEDOT/PSS）化学修饰CNF的BC凝胶时，保持了水分含量，但电导率显着降低。

项目成果

Thermoresponsive hydrogels reinforced with supramolecular cellulose filler

超分子纤维素填料增强的热响应水凝胶

• DOI: 10.1246/cl.210658
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chem. Lett.
• 作者: Akihide Sugawara;Taka-Aki Asoh*;Yoshinori Takashima;Akira Harada;Hiroshi Uyama*
• 通讯作者: Hiroshi Uyama*

バイオプラスチック導入における高分子科学からの課題

聚合物科学在引入生物塑料方面面临的挑战

• 发表时间: 2021
• 作者: 松枝真依;渡辺 壱;William Robberson;大谷 肇;寺前紀夫;宇山 浩
• 通讯作者: 宇山 浩

Stimuli-responsive composite hydrogels with three-dimensional stability prepared using oxidized cellulose nanofibers and chitosan

• DOI: 10.1016/j.carbpol.2021.118907
• 发表时间: 2022-02-15
• 期刊: CARBOHYDRATE POLYMERS
• 影响因子: 11.2
• 作者: Pedige, Madhurangika Panchabashini Horathal;Asoh, Taka-Aki;Uyama, Hiroshi
• 通讯作者: Uyama, Hiroshi

Hierarchical silica monolith prepared using cellulose monolith as template

• DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2020.109164
• 发表时间: 2020-07-01
• 期刊: POLYMER DEGRADATION AND STABILITY
• 影响因子: 5.9
• 作者: Lyu, Yanting;Asoh, Taka-Aki;Uyama, Hiroshi
• 通讯作者: Uyama, Hiroshi

Integrating polyacrylonitrile (PAN) nanoparticles with porous bacterial cellulose hydrogel to produce activated carbon electrodes for electric double-layer capacitors

• DOI: 10.1016/j.micromeso.2021.111209
• 发表时间: 2021-06
• 期刊: Microporous and Mesoporous Materials
• 影响因子: 5.2
• 作者: Kenta Chashiro;S. Iwasaki;Takahiro Hasegawa;J. Maruyama;Shohei Maruyama;Ananya Pal;Mahasweta Nandi;H. Uyama