自励発振ゲルを用いた化学ダイオードの作成

使用自振荡凝胶创建化学二极管

基本信息

批准号：
15655067
负责人：
吉田亮
金额：
$ 2.3万
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 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、心臓の拍動のように一定条件下で自発的な周期的リズム運動を行う新しい「自励振動ゲル」を開発した。生体の代謝反応(TCA回路)の化学モデルにもなっている、循環する反応回路を持つベローソフ・ジャボチンスキー反応(BZ反応)をゲル内で引き起こし、その化学エネルギーを力学エネルギーに転換する分子設計を行うことによりゲルの周期的な膨潤収縮振動を生み出すことに成功した。本研究では、とくに情報伝達素子への応用という立場から、ゲル内に生じる化学反応波の伝播の解析とそれを利用した材料システム構築に関する基礎的検討を行った。ゲルが化学反応波の波長以上のサイズになると、反応と拡散のカップリングによって化学反応波が生まれる。酸化状態のときゲルは膨潤するので、波の伝播と共に局所的な膨潤領域が一定速度でゲル中を伝播することになる。すなわちゲル組織の中で蠕動運動のような膨潤・収縮振動が生じる。近年、コロイド結晶を鋳型にして作成した多孔質ゲルが膨潤度に応じた構造色を発現する性質を名大・竹岡らが明らかにしているが、この合成手法を自励振動ゲルに適用し、蠕動運動の可視化に成功した。またこのようなゲルの自律的運動を応用したデバイスとして、表面に微細な突起構造を有するゲルアレイ(人工繊毛)が作成された。さらに界面活性剤を用いた乳化重合法により、100nmオーダーサイズのナノゲル微粒子を作成し、ナノオーダーでの膨潤収縮振動を起こすことに成功した。動的光散乱装置を用いて粒径変化の振動を測定し、ゲル微粒子と従来のバルクゲルを比較した。これら結果より、マイクロ・ナノシステムの環境下において自励振動ゲルの膨潤挙動がどのように影響を受けるかを検討し、ゲル微粒子の最適な適用条件を探った。またこれらのゲル微粒子を基板上に配列させ、化学反応波に伴う膨潤収縮変化を起こすことにより表面に添加した物質を輸送する機能性表面(コンベア型搬送システム)の設計を行った。

在这项研究中，我们开发了一种新的“自激振荡凝胶”，它在一定条件下表现出自发的周期性节律运动，类似于心脏的跳动。通过循环反应回路（也是生物代谢反应（TCA循环）的化学模型）在凝胶中引起Belosov-Zhabotinsky反应（BZ反应）并将化学能转化为机械能的分子设计，我们成功地创造了凝胶的周期性膨胀和收缩振动。在本研究中，我们分析了凝胶内产生的化学反应波的传播，并利用其构建材料系统进行了基础研究，特别是从应用于信息传输设备的角度进行了基础研究。当凝胶生长到大于化学反应波波长的尺寸时，通过反应和扩散的耦合产生化学反应波。由于凝胶在氧化状态下膨胀，因此局部膨胀区域随着波的传播以恒定的速度通过凝胶传播。即，凝胶组织中发生蠕动等膨胀收缩振动。近年来，名古屋大学的 Takeoka 等人发现，使用胶体晶体作为模板创建的多孔凝胶会根据膨胀程度表现出结构颜色。此外，还制作了表面具有微小突起结构的凝胶阵列（人工纤毛），作为应用这种凝胶自主运动的装置。此外，通过使用表面活性剂的乳液聚合，他们制造了尺寸为100 nm数量级的纳米凝胶颗粒，并成功地产生了纳米数量级的膨胀-收缩振动。我们使用动态光散射装置测量了粒径变化的振动，并比较了凝胶微粒和传统的块状凝胶。基于这些结果，我们研究了自振荡凝胶的溶胀行为在微/纳米系统环境中如何受到影响，并寻找凝胶微粒的最佳应用条件。我们还设计了一种功能性表面（传送带式传输系统），通过将这些凝胶颗粒排列在基材上并引起与化学反应波相关的膨胀和收缩变化来传输添加到表面的物质。

项目成果

期刊论文数量（42）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

吉田亮: "化学振動反応を利用した自励振動ゲルの設計"Electrochemistry(電気化学および工業物理化学). 71(5). 337-341 (2003)

Ryo Yoshida：“利用化学振动反应设计自振荡凝胶”电化学（电化学和工业物理化学）71（5）337-341（2003）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Glucose-responsive polymer gel bearing phenylborate derivative as a glucose-sensing moiety operating at the physiological pH

DOI：
10.1021/bm0345413
发表时间：
2004-05-01
期刊：
BIOMACROMOLECULES
影响因子：
6.2
作者：
Matsumoto, A;Yoshida, R;Kataoka, K
通讯作者：
Kataoka, K

Kinetics in cyclic hydrogel systems

循环水凝胶系统的动力学

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Reflexive Polymers and Hydrogels : Understading and Designing Fast-Responsive Systems (N.Yui and K.Park, Eds.)
影响因子：
0
作者：
M.Matsuda;N.Hanasaki;S.Ikeda;H.Tajima;T.Naito;T.Inabe;宮浦憲夫;R.Yoshida
通讯作者：
R.Yoshida

Self-oscillation of polymer chains induced by the Belousov-Zhabotinsky reaction under acid-free conditions