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ゲルやスポンジなどの含水性高分子網目材料は、生体組織と類似の構造・物性を有し、材料科学的にも生体材料応用を目指す上でも興味深い材料である。その一方で、両者には、網目サイズや内包する水との相溶性など、相違点も多く存在する。
本研究では、「ゲルとスポンジの類似性と特異性」を明らかにし、ゲルとスポンジを繋ぐ横断的な学理を確立することを目的とする。申請者が世界で初めて確立した、同一の成分組成からゲルとスポンジを作り分ける手法を用い、ゲル、スポンジ、ゲル・スポンジ中間物質を系統的に作製し、構造・物性を網羅的に測定・解析することで分野横断的な体系化を試みる。
初年度は、ゲルとスポンジが作り分けられる条件を明らかにするために、高分子の濃度と特定の塩濃度をパラメータとして相図の作製を行った。ゲル化・スポンジ化過程の構造形成の速度論を共焦点顕微鏡および小角X線散乱を用いて、評価した。さらに低濃度領域におけるスポンジ化は、ゲル化反応に伴う濃度ゆらぎの増大、およびパーコレーションに伴う弾性発現をきっかけに相分離が起こることが明らかになった。この結果は、ゲル化より長い時間スケールで、希薄・濃厚なゲル相に分離する極めて特異的な現象であることを実験的に明らかにした。さらに粗視化シミュレーションモデルを用いることで、散乱実験の結果をメゾスケール構造単位で再現でき、分子論的な描像を明らかにした。
また、in vivo実験では生理活性モチーフを必要とせずに、生体内で脂肪の成長を誘導することが観察され、スポンジ構造を有するゲルの再生足場バイオマテリアルへの応用の礎となる結果を得た。

【研究分担者】
片島拓弥	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	特任助教	(Kakenデータベース)
Li Xiang	北海道大学	先端生命科学研究院	准教授	(Kakenデータベース)
作道直幸	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	特任助教	(Kakenデータベース)