ハイドロゲルのナノ構造／機能相関の解明と超高速刺激応答ゲルの創製

阐明水凝胶的纳米结构/功能关系并创建超快刺激响应凝胶

基本信息

批准号：
20J12727
负责人：
西澤佑一朗
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題の目的の一つである高速応答する微粒子集積化ゲルを作成する上で、単一ゲル微粒子のナノ構造の理解と設計が重要である。今年度は、（１）架橋剤の種類がゲル微粒子のナノ構造に与える影響、（２）単一ゲル微粒子の力学特性評価、（３）コアシェルゲル微粒子の設計について調査した。（１）ゲル微粒子を単分散な微粒子が得られる水系沈殿重合法で合成すると、主モノマーと反応性比の違いにより、コアシェル型の不均一構造が形成される。今年度は、N-イソプロピルアクリルアミドと、反応性が高いN,N’-メチレンビスアクリルアミド、または更に反応性の高いジメタクリレートから成るゲル微粒子を合成し、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）によってナノ構造を明確化した。その結果、どちらもコアシェル型の不均一構造を有するものの、ジメタクリレートで架橋したゲル微粒子の方がより顕著な不均一性を示すことが明らかとなった。（２）高速AFM観察によりナノ構造を明確化したゲル微粒子の力学的な特徴を評価するために、高速AFMを用いたフォースカーブ計測を実施した。その結果、微粒子の内部には構造だけでなく力学的な不均一性も生じていることが明らかとなり、さらに架橋剤種によって局所の力学特性が異なることが明らかとなった。（３）微粒子を集積化する上で、微粒子の表面構造を制御することが重要である。本年度は、シード沈殿重合法を用いて固体コアにゲルシェル層を付与する際の、モノマー・架橋剤濃度と得られるゲルシェル層の相関関係を調査した。その結果、ゲルシェル層とモノマー濃度の関係は、架橋密度によらず単一指数関数で説明できることを見いだした。更に、初年度に確立したFeed法をシード沈殿重合法へ応用することで、より厚いゲルシェル層の付与に成功した。

了解和设计单个凝胶颗粒的纳米结构对于创建具有高速响应的颗粒集成凝胶非常重要，这也是该研究项目的目标之一。今年，我们研究了（1）交联剂类型对凝胶颗粒纳米结构的影响，（2）单个凝胶颗粒的机械性能评估，以及（3）核壳凝胶颗粒的设计。 (1)当通过产生单分散颗粒的水相沉淀聚合法合成凝胶颗粒时，由于与主要单体的反应率的差异，形成核-壳型异质结构。今年，我们将合成由N-异丙基丙烯酰胺、高反应性N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，甚至反应性更高的二甲基丙烯酸酯制成的凝胶颗粒，并利用高速原子力显微镜（高速AFM）合成纳米凝胶颗粒的结构。已得到澄清。结果表明，虽然两者都具有核壳型异质结构，但与二甲基丙烯酸酯交联的凝胶微粒表现出更明显的异质性。 (2)为了评价通过高速AFM观察而明确纳米结构的凝胶颗粒的机械特性，使用高速AFM进行力曲线测量。结果表明，微粒内部不仅存在结构不均匀性，而且还存在机械不均匀性，并且局部机械性能根据交联剂的类型而不同。 (3)当整合细颗粒时，控制细颗粒的表面结构很重要。今年，我们研究了当使用种子沉淀聚合方法将凝胶壳层施加到固体核时，单体/交联剂浓度与所得凝胶壳层之间的相关性。结果，我们发现凝胶壳层和单体浓度之间的关系可以用单个指数函数来解释，而与交联密度无关。此外，通过将第一年建立的Feed方法应用于种子沉淀聚合方法，我们成功地应用了更厚的凝胶壳层。

项目成果

期刊论文数量（28）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

高速原子間力顕微鏡法によるゲル微粒子の構造決定

高速原子力显微镜测定凝胶颗粒的结构

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
西澤佑一朗;内橋貴之;鈴木大介
通讯作者：
鈴木大介

Effect of chemical species on the structure and thermoresponsiveness of hydrogel microspheres

化学物质对水凝胶微球结构和热响应性的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuichiro Nishizawa;Takayuki Uchihashi;Daisuke Suzuki
通讯作者：
Daisuke Suzuki

Nanostructures, Thermoresponsiveness, and Assembly Mechanism of Hydrogel Microspheres during Aqueous Free-Radical Precipitation Polymerization

水凝胶微球的纳米结构、热响应性和水自由基沉淀聚合过程中的组装机制

DOI：
10.1021/acs.langmuir.0c02654
发表时间：
2020
期刊：
Langmuir
影响因子：
3.9
作者：
Nishizawa Yuichiro;Minato Haruka;Inui Takumi;Uchihashi Takayuki;Suzuki Daisuke
通讯作者：
Suzuki Daisuke

温度応答性ゲル微粒子のナノ構造に化学種が与える影響

化学物质对温度响应凝胶颗粒纳米结构的影响