環状両親媒性ブロック共重合体による刺激応答型ナノ構造体の構築と新規機能の開拓

使用环状两亲嵌段共聚物构建刺激响应纳米结构并开发新功能

基本信息

批准号：
12J09031
负责人：
本多智
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、自然界において優れた生物学的機能を発現している生体(高)分子の持つ、ユニークな『かたち(トポロジー)』に着想を得、環状両親媒性ブロック共重合体の自己組織化に立脚したトポロジー効果の増幅、およびナノ構造体の新規機能創出を目指した。先ず、環状両親媒性ブロック共重合体(Cyclic)の自己組織化により得られたミセルは対応する直鎖状両親媒性ブロック共重合体(Linear)によるミセルに比べ、飛躍的に高い耐塩・耐熱性を示すことが見出され、これらを相補的に制御することに成功した。本成果により、化学組成や分子量に手を加えることなく、トポロジーの異なる高分子の混合のみよってミセルの安定性を制御することが可能となり、例えば、ドラッグデリバリーシステム(DDS)のキャリアの設計指針に新たな方法論を提示することに繋がると考えられる。続いて、Cyclicによるヒドロゲルを構築したところ、Cyclicは対応するLinearに比べ低いゾルーゲル転移温度を示し、ヒドロゲル中に担持されたゲスト分子の放出を顕著に抑制することが明らかとなった。本成果により、ミセルというナノサイズの制約を超え、そのトポロジー効果をマクロスケールのヒドロゲルの特性にまで昇華することに成功した。さらに、液晶性セグメントを有するCyclicの自己組織化により得られた棒状ミセル、及びベシクルの電場応答、及びゲスト分子包摂・送達機能を対応するLinearと比較・検討し、CyclicがLinearに比べ、より効果的にゲスト分子を包摂し、電場への鋭敏な応答を示すことが定性的に確認された。すなわち、トポロジーの差異がナノ構造体の電場に対する応答性をも変化させることが明らかとなった。

在这项研究中，我们重点关注环状两亲性嵌段共聚物的自组装，受到自然界中表现出优异生物功能的生物分子独特拓扑的启发，我们的目标是在此基础上放大拓扑效应并创造纳米结构的新功能。首先，通过环状两亲性嵌段共聚物（Cyclic）自组装获得的胶束比由相应的线性两亲性嵌段共聚物（Linear）制成的胶束具有显着更高的耐盐性和耐热性。我们发现这些物质表现出不同的特性。成功地以互补的方式控制了这些。这一结果使得可以通过简单地混合具有不同拓扑的聚合物来控制胶束的稳定性，而不改变化学组成或分子量，人们认为这将导致新方法的出现。接下来，我们使用 Cyclic 构建了水凝胶，发现 Cyclic 表现出比其线性对应物更低的溶胶-凝胶转变温度，并且显着抑制了水凝胶中负载的客体分子的释放。凭借这一结果，我们成功地超越了胶束的纳米尺寸限制，并将其拓扑效应升华为宏观水凝胶的特性。此外，我们还对Cyclic与液晶片段自组装得到的棒状胶束和囊泡的电场响应和客体分子包合/传递功能进行了比较和检验，发现Cyclic比Linear更有效，得到了定性证实。该分子完全包裹客体分子并对电场表现出敏感的响应。换句话说，很明显，拓扑的差异也会改变纳米结构对电场的响应能力。