光機能性パターン構造を有する炭酸カルシウム/高分子複合体の構築

具有光功能图案结构的碳酸钙/聚合物复合材料的构建

基本信息

批准号：
15655038
负责人：
加藤隆史
金额：
$ 2.24万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

生物がつくり出す貝殻や真珠、骨や歯のような無機/高分子複合体は、我々が容易に模倣できない精緻な構造を有し、すぐれた性質・機能を示す。このようなバイオミネラルの形成プロセス、すなわちバイオミネラリゼーションに倣い、無機/高分子複合体を人工的に、かつ自己組織的に作製できれば、高機能・高性能かつ環境低負荷性の複合材料が得られるはずである。我々は、炭酸カルシウムと有機高分子からなる複合材料をバイオミネラリゼーションに倣った自己組織化プロセスにより構築してきた。本研究では、炭酸カルシウムの結晶化にソフトなゲルを形成する合成高分子を用いて炭酸カルシウムの形態制御を行い、自己組織的にパターン構造を作製することに世界で初めて成功した。ポリアクリル酸などの水溶性高分子添加物の存在下、プルランのコレステロール誘導体をマトリクスに用いて炭酸カルシウムのパターン構造を形成させた前年度の知見から、マトリクスと水との複合構造がパターン構造形成に深くかかわっていると考えた。そこで、本年度は有機高分子マトリクスとして分子量やケン化度で水との相互作用が変化するポリビニルアルコールを用い、パターン化薄膜の形成を試みた。その結果、周期がマイクロメートルオーダーの同心円状の炭酸カルシウム凹凸パターン薄膜の形成に成功した。このパターン薄膜は光の回折現象により、干渉色を呈することも分かった。また、ポリビニルアルコールマトリクスの加熱処理条件やケン化度によって、薄膜のパターン周期が変化したことから、下地であるマトリクスの構造が結晶成長に影響を及ぼすことが分かった。

由贝壳、珍珠、骨头和牙齿等生物体产生的无机/聚合物复合材料具有我们无法轻易模仿的复杂结构，并表现出优异的性能和功能。如果无机/聚合物复合材料能够通过模仿生物矿物的形成过程进行人工自组织，即生物矿化，那么将有可能创造出高功能、高性能、低环境影响的复合材料。得到它。我们使用生物矿化模型的自组装过程构建了由碳酸钙和有机聚合物组成的复合材料。在这项研究中，我们在世界上首次成功地通过使用在碳酸钙结晶时形成软凝胶的合成聚合物来控制碳酸钙的形态，并以自组织方式创建图案结构。基于前一年的研究结果，其中使用支链淀粉的胆固醇衍生物作为基质，在水溶性聚合物添加剂如聚丙烯酸的存在下形成碳酸钙的图案结构，该基质的复合结构和我认为水形成了一种图案结构。因此，今年，我们尝试使用聚乙烯醇作为有机聚合物基质形成图案薄膜，聚乙烯醇与水的相互作用根据其分子量和皂化度而变化。结果，我们成功地形成了具有周期为微米级的碳酸钙不规则同心圆图案的薄膜。还发现该图案薄膜由于光衍射现象而表现出干涉色。此外，薄膜的图案周期根据热处理条件和聚乙烯醇基质的皂化程度而变化，表明底层基质的结构影响晶体生长。