高分子ハイドロゲルの界面機能制御：分子鎖熱運動性と生体適合性の二次元パターニング

聚合物水凝胶的界面功能控制：分子链热迁移率和生物相容性的二维图案

• 批准号: 17J01952
• 负责人: 板垣 望
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J01952/
• 关键词: ハイドロゲル; ビニルエーテル; 生体不活性; 水界面; 分子鎖熱運動性; 粒子追跡; マイクロレオロジー; 摩擦特性; 中性子反射率; 水平力顕微鏡; 摩擦

令和元年度は、ハイドロゲル界面におけるダングリング鎖のダイナミクスを粒子追跡法に基づき評価した。まず、架橋密度の異なる3種類のハイドロゲル(c-MrV)薄膜を調製した。膜表面に着滴させた分散液中のプローブ粒子の直径(d)が100および200nmの場合、界面における保持時間は数秒程度であり、試料間に有意な差は見られなかった。一方、30および50 nmのとき、保持時間は増加し、架橋密度が小さい程長くなる傾向にあったことから、これらの粒子は界面層内に存在したと考えられる。以上の結果から、界面における分子鎖のダイナミクスを評価するには、d=30および50nmの粒子が適切であることが示唆された。続いて、ダングリング鎖のダイナミクスを評価するために、c-MrV界面における粒子追跡を行った。粒子の熱運動からその平均二乗変位(MSD)を算出したところ、いずれの粒子径においても、MSD値は時間の経過に伴い増加した後、一定値に近づいた。これは、c-MrV界面は観測時間によって粘性的あるいは粘弾的に振る舞うことを示唆している。また、MSD値はVEM含有率、すなわち架橋密度に依存して異なることが確認された。そこで、界面における粘弾性の評価を行うため、MSDに対して一般化Stokes-Einsteinの関係を適応し、貯蔵弾性率(G')および損失弾性率(G")の角周波数(ω)依存性を算出した。ωに対するG"の傾きはある周波数において変化した。この結果は界面層のダングリング鎖の運動モードの変化を反映している。界面層内部に存在しうるd=30nm粒子から算出したG'は、d=50nmの場合に比べて大きかった。このことから、ゲル界面層における弾性率は最外層に向かうにつれて低下することが示唆された。以上の結果から、粒子追跡法に基づき界面におけるダングリング鎖のダイナミクスを非摂動状態で評価できたと結論づけた。

2019年，我们基于粒子追踪方法评估了水凝胶界面悬挂链的动力学。首先，制备了三种具有不同交联密度的水凝胶（c-MrV）薄膜。当沉积在膜表面上的分散液中的探针颗粒的直径(d)为100和200nm时，在界面处的保留时间约为几秒，并且样品之间没有观察到显着差异。另一方面，在 30 和 50 nm 处，随着交联密度的降低，保留时间增加并趋于变长，这表明这些颗粒存在于界面层内。上述结果表明d=30和50 nm的颗粒适合评估界面分子链的动力学。接下来，我们在 c-MrV 界面上进行粒子跟踪，以评估悬挂链的动力学。当根据颗粒的热运动计算均方位移 (MSD) 时，MSD 值随着时间的推移而增加，然后对于所有颗粒尺寸都接近恒定值。这表明 c-MrV 界面表现出粘性或粘弹性，具体取决于观察时间。另外，确认了MSD值根据VEM含量、即交联密度而不同。因此，为了评估界面处的粘弹性，我们将广义斯托克斯-爱因斯坦关系应用于 MSD，并确定了储能模量 (G') 和损耗模量 (G") 对角频率 (ω) 的依赖性。 G''相对于ω的变化在一定频率下发生变化。该结果反映了界面层中悬链运动模式的变化。由界面层内部可能存在的d=30nm的颗粒计算出的G'大于d=50nm的颗粒。这表明凝胶界面层的弹性模量朝最外层减小。从以上结果可以得出结论，基于粒子跟踪方法可以在不受扰动的状态下评估界面处悬挂链的动力学。

项目成果

Interfacial Aggregation States and Frictional Properties of Poly(vinyl ether)Hydrogel Thin Films

聚(乙烯基醚)水凝胶薄膜的界面聚集态和摩擦性能

• 发表时间: 2018
• 作者: Nozomi Itagaki;Yukari Oda;Norifumi L. Yamada;Tetsuo Yamaguchi;Daisuke Kawaguchi;Keiji Tanaka
• 通讯作者: Keiji Tanaka

Friction and Lubrication of Poly(vinyl ether) Hydrogel Thin Films

聚(乙烯基醚)水凝胶薄膜的摩擦和润滑

• 发表时间: 2017
• 作者: Nozomi Itagaki;Yukari Oda;Hung Kim Nguyen;Daisuke Kawaguchi;Keiji Tanaka
• 通讯作者: Keiji Tanaka

ポリビニルエーテルハイドロゲル膜の膨潤挙動と摩擦特性

聚乙烯醚水凝胶膜的溶胀行为和摩擦性能

• 发表时间: 2017
• 作者: 板垣 望;織田ゆか里;Nguyen Kim Hung;川口大輔;田中敬二
• 通讯作者: 田中敬二

Surface Characterization and Platelet Adhesion on Thin Hydrogel Films of Poly(vinyl ether)

• DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b03427
• 发表时间: 2017-12-19
• 期刊: LANGMUIR
• 影响因子: 3.9
• 作者: Itagaki, Nozomi;Oda, Yukari;Tanaka, Keiji
• 通讯作者: Tanaka, Keiji

Surface Effect on Frictional Properties for Thin Hydrogel Films of Poly(vinyl ether)

• DOI: 10.1021/acs.macromol.9b01786
• 发表时间: 2019-12
• 期刊: Macromolecules
• 影响因子: 5.5
• 作者: Nozomi Itagaki;D. Kawaguchi;Yukari Oda;Fumiya Nemoto;N. Yamada;Tetsuo Yamaguchi;Keiji Tanaka