可変長高分子セグメントを用いた人工筋肉の創出

使用可变长度聚合物片段创建人造肌肉

• 批准号: 21K18991
• 负责人: 小門 憲太
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Toyota Technological Institute (2022)Hokkaido University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18991/
• 关键词: 筋肉; 刺激応答性; 高分子ゲル; 可逆性; 酸化還元

本研究では化学エネルギーを力学エネルギーに変換できるソフトマテリアルを創り出すことを目的としている。そのために、"可変長高分子セグメント"という概念を用いて、刺激に応答して膨潤相から膨潤相への体積変化だけを示す刺激応答性ゲルを創り出し、さらに自己組織化を用いて異方性を導入し、人工的に筋肉様ソフトマテリアルを創り出すことを最終目標としている。"可変長高分子セグメント"とは外部からの化学物質などの刺激に応答して切断・結合を繰り返す短鎖と、刺激に不活性な長鎖を組み合わせた高分子セグメントである。刺激に不活性な長鎖にはポリエチレングリコール鎖(PEG)を有し、刺激に活性のある短鎖にはジスルフィド結合を用いた二官能性の環状モノマーが鍵化合物となる。可変長高分子セグメントをコモノマーと架橋剤と混合して重合を行ったところ、ゲルが生成した。得られたゲルは有機溶媒を吸収してよく膨潤するオルガノゲルとなった。外部からの還元剤の添加によってこのゲルの膨潤度は2倍程度に大きくなった。これはジスルフィドがチオール2個へと変化したことによると考えられる。チオールの生成はエルマン試薬による呈色反応で確認できた。ここに酸化剤を添加すると数時間後にゲルの膨潤度は元の大きさに近く(約1.3倍)なった。ジスルフィド結合の再生成が起こったことによると考えられる。このゲルを圧力感知素子に包埋してゲル側にはマイクロ流路を接続し、素子からの電圧変化を取り出すデバイスを作製した。還元剤溶液、酸化剤溶液と交互に流入させたところ、溶液の変化に応じて電圧値が変化することが明らかになった。

这项研究的目的是创造能够将化学能转化为机械能的软材料。为此，我们使用“可变长度聚合物片段”的概念来创建一种刺激响应凝胶，该凝胶仅响应刺激而将体积从一个溶胀相改变到另一个溶胀相，然后使用自组装来创建各向异性凝胶最终目标是推出类似人造肌肉的软材料。 “可变长度聚合物链段”是结合了响应于外部刺激例如化学物质而反复断裂和键合的短链和对刺激呈惰性的长链的聚合物链段。关键化合物是一种双功能环状单体，其长链具有聚乙二醇链 (PEG)，对刺激无活性，短链具有二硫键，对刺激具有活性。当可变长度聚合物链段与共聚单体和交联剂混合并聚合时，形成凝胶。所得凝胶变成有机凝胶，通过吸收有机溶剂而充分溶胀。通过添加外部还原剂，该凝胶的溶胀度增加了约两倍。这被认为是由于二硫化物转变为两个硫醇所致。使用埃尔曼试剂通过显色反应确认硫醇的产生。当添加氧化剂时，凝胶的溶胀程度在几个小时后恢复到其原始尺寸（约1.3倍）。这被认为是由于二硫键的再生。将该凝胶嵌入压力传感元件中，将微通道连接到凝胶侧，并创建一个装置来提取元件的电压变化。当交替引入还原剂溶液和氧化剂溶液时，发现电压值根据溶液的变化而变化。

项目成果

ジスルフィド結合を含む新規レドックス応答性ポリマーの合成

新型含二硫键氧化还原响应聚合物的合成

• 发表时间: 2021
• 作者: 斉藤空知;田中佑磨;深谷直紀;池内和忠;谷野圭持;小門憲太;佐田和己;王 超，薛 晨，黄 瑞康，高橋 仁徳，小門 憲太，中村 貴義
• 通讯作者: 王 超，薛 晨，黄 瑞康，高橋 仁徳，小門 憲太，中村 貴義

Multifunctional Triggering by Solid-Phase Molecular Motion: Relaxor Ferroelectricity, Modulation of Magnetic Exchange Interactions, and Enhancement of Negative Thermal Expansion

固相分子运动的多功能触发：弛豫铁电性、磁交换相互作用的调制以及负热膨胀的增强

• DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c03552
• 发表时间: 2023
• 期刊: Chemistry of Materials
• 影响因子: 8.6
• 作者: Li;Simin; Takahashi;Kiyonori; Huang;Rui-Kang; Xue;Chen; Kokado;Kenta; Hoshino;Norihisa; Akutagawa;Tomoyuki; Nishihara;Sadafumi; Nakamura;Takayoshi
• 通讯作者: Takayoshi

キラルなシンジオタクティックスチレン3量体の合成と伸長

手性间规苯乙烯三聚体的合成与延伸

• 发表时间: 2022
• 作者: 斉藤空知;田中佑磨;深谷直紀;池内和忠;松岡慶太郎;谷野圭持;小門憲太;佐田和己
• 通讯作者: 佐田和己

キラルなシンジオタクティックスチレントリマーの合成

手性间规苯乙烯三聚体的合成

• 发表时间: 2022
• 作者: 斉藤空知;田中佑磨;深谷直紀;池内和忠;谷野圭持;小門憲太;佐田和己
• 通讯作者: 佐田和己

多置換配位子を用いた金属有機構造体の合成と結晶内での反応

使用多取代配体和晶内反应合成金属有机骨架

• 发表时间: 2022
• 作者: 小門憲太;高橋仁徳;中村貴義;本山幸弘
• 通讯作者: 本山幸弘