水分解反応を駆動力として自走する高分子マイクロチューブモーターの合成

以水分解反应为驱动力的自驱动聚合物微管电机的合成

基本信息

批准号：
21K14685
负责人：
加藤遼
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Chuo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14685/
关键词：
マイクロチューブ光重合自走能光触媒

项目摘要

自走する（自身の動力で動く）マイクロチューブモーターが、バイオメディカルやマイクロロボティクス分野において大きな注目を集めている。本研究は、多孔性ポリカーボネイト膜を用いた鋳型内光ラジカル重合により、均質な高分子マイクロチューブを合成し、それを“水分解反応で自走するマイクロチューブモーター”として完成することを目的としている。本年度は、“鋳型内光ラジカル重合法”により合成した高分子マイクロチューブの内孔表面に光触媒を固定し、令和４年度の目標であった光触媒修飾高分子マイクロチューブを合成した。具体的には、架橋重合された高分子マイクロチューブの内孔表面に接着層としてポリ(L-アルギニン)を修飾することで、光触媒である酸化チタンナノ粒子を密度高く内孔表面に吸着・固定した。得られたチューブの構造は走査型電子顕微鏡（FE-SEM）、透過型電子顕微鏡（TEM）、動的光散乱法（DLS）により定量的に評価した。また、外表面をポリ(L-アルギニン)で修飾した高分子マイクロチューブを前駆体とし、外表面に酸化チタンナノ粒子、内孔表面に白金ナノ粒子を修飾した光触媒/白金マイクロチューブの合成にも成功した。このマイクロチューブは過酸化水素水溶液中で酸素バブルを噴出しながら自走した。さらに、光触媒/白金マイクロチューブは光照射下でメチレンブルーやアゾ基を有するオレンジⅡなどの有機色素を効率よく分解し、自己攪拌型の光触媒として機能することが実証された。

自驱动（依靠自身动力移动）微管电机在生物医学和微型机器人领域引起了广泛关注。这项研究的目的是利用多孔聚碳酸酯膜通过模内光自由基聚合合成均质聚合物微管，并将其完成为“利用水分解反应的自驱动微管发动机”。今年，我们将光催化剂固定在采用“模板内光自由基聚合法”合成的聚合物微管的内孔表面，合成了光催化剂改性的聚合物微管，这是我们2020年的目标。具体而言，通过用聚（L-精氨酸）作为粘合层对交联聚合物微管的内孔表面进行改性，将作为光催化剂的氧化钛纳米颗粒以高密度吸附并固定在内孔表面上。使用扫描电子显微镜（FE-SEM）、透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）对所得管的结构进行定量评估。我们还成功地合成了一种光催化剂/铂微管，其外表面用聚（L-精氨酸）作为前体进行修饰，并用氧化钛纳米颗粒修饰外表面，用铂纳米颗粒修饰内孔表面。该微管在过氧化氢溶液中自行运行，同时释放氧气泡。此外，研究表明，光催化剂/铂微管在光照射下可有效分解亚甲基蓝和含偶氮基团的橙II等有机染料，并起到自搅拌光催化剂的作用。