液晶性架橋点を有するハイドロゲルの構造転移とケモメカニクス

液晶交联点水凝胶的结构转变和化学力学

基本信息

批准号：
13750822
负责人：
金子達雄
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kagoshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までに親水性モノマーであるアクリル酸と種々のメソゲン(シアノビフェニル基、カルボキシビフェニル基、コレステレート基)を持つモノマーの共重合を行い、水に膨潤しつつ液晶性の架橋点を有するハイドロゲルを合成したが、本年度はまずゲルの繊維化を行った。これらのゲルを乾燥状態で延伸し水に膨潤させたところ、配向状態を保ったままゲル化し、ゲルファイバーを合成することができた。偏光顕微鏡観察・X線回折法により構造解析を行ったところ、いずれのファイバーも側鎖が層状にならぶスメクチック構造を形成しており、分子配向がマクロスコピックレベルで達成されていることが分かった。特に、シアノビフェニル基を有するゲルファイバーは、続く昇温により側鎖が主鎖に対して傾いて配向しながら層が形成され側鎖がヘキサティックに配列している状態(SmI構造)から側鎖が主鎖に対して垂直に配向しながら層が形成されている以外に側鎖の位置相関は無い状態(SmA構造)へ構造転移することが分かった。転移温度は42度であった。この時、ホットステージ上で、ファイバーの片末端を基盤上に固定し徐々に加熱したところ、転移温度付近で収縮し始め、50度に達すると半分以下の長さになり80度では初期長の4分の1にまで収縮した。同時に、等方相で調製した無配向ゲルファイバーを用いて同様の収縮実験をおこなったところ、収縮挙動は見られなかったので、配向が収縮に必須であることが分かった。配向繊維の収縮時の広角X線回折法から、収縮は配向が維持されたまま行われていることが分かったので、一般的なエントロピー力による収縮とは異なり、分子レベルの構造転移がより高次の構造変化を誘起したことによると考察した。この結果は、水環境下でしかも生体温度で収縮する新しいケモメカニカルシステムを提案するものであり、体内埋埴型の人工筋肉の開発へ繋がるものと考える。

直到去年，我们共聚了一个亲水性单体丙烯酸，具有各种中原的单体（氰基苯基，羧苯基苯基和胆固醇基），并与液晶交叉点合成水凝胶，但在水中肿胀，但我们首先开发了凝胶层。这些凝胶在干燥状态下拉伸，在水中肿胀，并保持其方向，使凝胶纤维合成。使用偏振光显微镜和X射线衍射方法进行了结构分析，并发现两种纤维形成了近晶结构，其中侧链在该结构中排列为层，并在宏观水平上实现了分子方向。特别是，已经发现，由于随后的温度升高，具有氰基苯基基团的凝胶纤维具有结构性的过渡，该状态与侧链形成，侧链与主链和侧链的侧链和侧链的定位（SMI结构（SMI结构）相比，侧链）与侧链（SMI结构）相比，与其他链链相比，与其他链链相比，该链的另一个链构成了侧链（Sma）。侧链垂直于主链。过渡温度为42度。目前，纤维的一端固定在热阶段的基部并逐渐加热，并且开始在过渡温度附近收缩，当它达到50度时，它的长度小于一半的长度，并且在80度时收缩到初始长度的四分之一。同时，使用在各向同性相中制备的无定向的凝胶纤维进行了类似的收缩实验，并且未观察到收缩行为，并且发现方向对于收缩至关重要。我们发现，在定向纤维收缩期间，通过广泛的X射线衍射法的正常收缩来维持的方向进行收缩，因此，与entropy力引起的一般收缩不同，分子水平的结构过渡诱导的高阶结构变化是分子水平诱导的高阶结构变化。该结果提出了一种新的化学机械系统，该系统在水环境下和生物温度下收缩，并被认为会导致埋在体内的人造肌肉的发展。