【研究分野】ナノ材料化学

【研究領域課題番号】16K13620 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ブロック共重合体 / 自己組織化 / 生分解性ポリマー / ブロックポリマー / 秩序構造化 / ナノ構造 / DNA / ボトムアップ

【研究成果の概要】

本研究では，電子デバイスへの転用を念頭に置き，片方ブロックに異なる生分解性ポリマーを有し，ブロック間にメソゲン様分子を導入した3種のAB型生分解性ブロックポリマー (BCP)が形成する微細構造の解析を行った。
スピンコート膜に対する原子間力顕微鏡観察の結果，各BCP単独ではスピンコート後のアニーリング処理によって異方性構造が発現した。また，2成分混合系（AB +AB’）では第3成分（B’）の導入により，相分離が促進され，アニーリングを必要とせずに異方性構造が観察された。また，無機塩の添加によって，異方性を示す会合体が凝集し，ポリマー毎に異なる，より大きな構造を形成することを見出した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】高分子・繊維材料

【研究領域課題番号】15K13779 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子ゲル / ブロック共重合体 / 生体材料 / 自己組織化 / 振動反応 / 酵素反応

【研究成果の概要】

本研究では、光により二量化できるクマリン基を導入した温度応答性ABAトリブロックコポリマーを合成し、光照射によって動的に粘弾性的性質を大きく変化させることのできるハイドロゲルを創製した。このABAトリブロックコポリマーは温度応答性Aブロックの凝集に駆動されたミセルネットワークの形成によるゾル-ゲル転移により、生理条件下で物理ゲルを形成する。更に、紫外光照射によるクマリン基の二量化によってミセルコアが化学架橋され、物理ゲルから化学ゲルへの変化が起こることで粘弾性が大きく変化する。このゲルに三次元的に細胞を内包し、UV照射により弾性率を変化させることで、細胞増殖性を動的に制御できることが分かった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】高分子・繊維材料

【研究領域課題番号】15H05758 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イオン液体 / ゲル / ソフトマテリアル / 自律性 / 自己集合 / ブロック共重合体 / ソフトアクチュエータ / 自己修復材料 / 炭酸ガス分離膜 / コロイド / 溶媒和 / 自己組織化

【研究成果の概要】

高分子ゲル・コロイドなどのソフトマテリアルは、その構成成分のほとんどが液体である。このことが物質内の大きな内部自由度を生み、外部刺激の微細な変化に応答して的確に機能するスマートマテリアルとしての期待も大きい。本研究では、これらソフトマテリアルの自律性は液体の構造形成性にその根源があるとの視点から、液体としてイオン液体を選択し、自律性に及ぼす液体の構造形成性・階層性の影響を明らかにすることを目的とした。その結果、イオン液体を溶媒に用いた自律性を持つ新しいソフトマテリアルという新しい物質・材料系を提案することが出来た。

【研究の社会的意義】

イオン液体を用いたソフトマテリアルの研究に関しては、世界的にみてもこのように系統的に研究を進めているグループは他に無い。従って本研究は、学術的には極めて独創的であると同時に世界的にもこの領域の研究を牽引するものである。本研究の遂行により、イオン液体を溶媒に用いたソフトマテリアルという新しい物質系の基礎が確立され応用の萌芽が生まれると期待され、その意義は極めて大きい。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2015-05-29 - 2020-03-31

【配分額】201,890千円 (直接経費: 155,300千円、間接経費: 46,590千円)

【研究分野】ナノ材料・ナノバイオサイエンス

【研究領域課題番号】24310092 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ブロック共重合体 / 電子線トモグラフィ / 自己組織化 / メゾスケール / らせん構造

【研究成果の概要】

自己組織化を利用した構造形成はボトムアッププロセスの基盤であり精緻な機能発現に欠かせない。ABC型ブロック共重合体の自己秩序化において、ミドルブロック（B高分子）の形成する相がA高分子よりなるコアシリンダー相の周りに「２重らせん構造」を形成した。本研究では、らせん相の巻き方向の制御とその金属化により、高分子中に金属成分がらせん状に配列したハイブリッド材料の創製を目指した。
得られた成果を列記する。らせん相の金属化のため金属ナノ粒子の精密合成し、らせん相への選択的な導入に成功した。また、らせん構造を薄膜中で基板に垂直配向させると、らせん相の巻き方向を揃えることができることを分子論的に明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】20,410千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 4,710千円)

【研究分野】高分子化学

【研究領域課題番号】24550131 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ブロック共重合体 / ナノパターン / 階層構造 / シルセスキオキサン / 微細加工 / 自己組織化 / 方形

【研究成果の概要】

一分子中に数多くのケイ素を含有するかご形シルセスキオキサン（POSS）を含有する新規高分子ブロック共重合体の合成を行い、詳細な高次構造解析を実施することで階層構造を明らかにした。分子間相互作用に基づく分子構造と階層構造の形をデザインし、精密な高分子合成を駆使することによって、ブロック共重合体の階層構造を利用する方形状超微細ナノパターンの創成に向けた研究基盤を確立した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)

【研究分野】高分子化学

【研究領域課題番号】23685022 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高分子合成 / 自己組織化 / ミセル / ポリ乳酸 / 環状高分子 / 自己組織化高分子 / 高分子トポロジー科学 / 両親媒性 / ブロック共重合体 / トポロジー効果

【研究成果の概要】

親水鎖にPEO、疎水鎖にPMAを有する直鎖状および環状ブロック共重合体を合成し、それぞれのミセルを作製した。これらのミセルの耐熱性・耐塩性を評価したところ、環状高分子から成るミセルが非常に高い安定性を示すことを見出した。
また、環状ホモポリ乳酸およびhead-to-head型、head-to-tail型の連結様式を持つ環状ステレオブロックポリ乳酸を合成し、DSCを用いた融点測定により、環と直鎖といった主鎖の「トポロジー」および「主鎖の方向」が熱的性質に与える影響を検討した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円)

【研究分野】高分子化学

【研究領域課題番号】23550139 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ミクロ相分離 / ブロック共重合体 / ラジカル / イオン液体 / 精密重合 / 有機メモリ / 走査プローブ顕微鏡 / クリック反応 / 国際研究者交流　ドイツ / 自己組織化 / 国際研究者交流　アメリカ

【研究成果の概要】

有機ラジカルの迅速かつ安定な「電荷授受」能と、イオン液体の「電荷補償」能に着眼し、(a)精密重合によるブロック共重合体の合成、および(b)イオン液体をキャリアとした機能分子の自己集積化、の2つの手法でミクロ相分離した高分子薄膜に機能部位を精密に配置、組み込むことに成功した。特にミクロ相分離構造(モルフォロジー、配向性)、ラジカル／イオン部位の配置とメモリ特性(一回or繰り返し書込み可)との相関を明らかにするとともに、On/Offスイッチングの発現機構を探るべく、走査プローブ顕微鏡を用いた局所的な印加電圧による表面電位およびI-V特性変化からドメイン内の電荷注入・輸送過程について描像した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】生産工学・加工学

【研究領域課題番号】21360059 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ・マイクロ加工 / 自己組織化 / 三次元ナノ構造 / ブロック共重合体 / 集束イオンビーム化学気相成長法 / テンプレート / 多層膜 / 自由膜 / メカニカル振動子 / プラズモン共鳴 / 光学多層膜 / 基板処理 / FIB-CVD / 薄膜形成 / ナノメカニクス

【研究成果の概要】

ポリスチレンとポリメチルメタクリレートのジブロック共重合体が持つ自己組織化現象によって構成される30～100nm程度のピラー,ポア,膜の各自己組織化ナノ構造を三次元ナノ構造として作製する技術を開発した。具体的には,(1)三次元ナノ構造表面に自己組織化構造を配置する方法,(2)ナノテンプレートを利用して三次元的に自己組織化構造の配列を制御する方法,(3)自己組織化構造をテンプレートにした多層膜を作製する技術,(4)三次元ナノフレームに自己組織化自由膜を作製する方法,(5)エネルギービーム照射による自己組織化構造のナノパターンニング技術,(6)集束イオンビーム照射による薄膜接合技術を提案し,実験により可能性を示した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)

【研究分野】高分子合成

【研究領域課題番号】12450377 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

連鎖重縮合 / 重縮合 / ブロック共重合体 / スターポリマー / ポリアミド / ポリエーテル / 自己組織化 / リビング重合 / ポリエステル / グラフトポリマー / ポリチオフェン / ポリエーテルスルホン / 分子量制御 / ポリエチレングリコール / 分子量分布

【研究成果の概要】

本研究はこれまで不可能であった重縮合における高分子の分子量及び分子量分布の制御を連鎖重合で進行する重縮合(連鎖重縮合)によって達成し、かつ得られた新規精密高分子のこれまでにない自己組織化現象を探索することを目的とした。この研究によってこれまで単に構成材料として主に使われてきた縮合系高分子が、ブロック共重合体のような緻密な分子アーキテクチャーの1つの構成要素として使えるようになるだけではなく、剛直な縮合系高分子を含む高分子の新しい自己組織化現象の発見が期待される。得られた研究成果は以下のとおりである。
(1)芳香族ポリエーテル、芳香族ポリエステル、芳香族ポリエーテルスルホン、ポリチオフェンの分子量と分子量分布の制御に成功した。また芳香族ポリエーテルがシリコン基盤上でシリコン結晶格子を反映して球状または円盤状の自己組織体を形成することを見いだした(エピタキシー現象)。
(2)分子量分布の狭い芳香族ポリアミドとポリエチレングリコール、ポリスチレン、ポリTHFとのブロック共重合体を合成した。またN-アルキル芳香族ポリアミドとN-H芳香族ポリアミドとのブロック共重合体を合成し、この共重合休がTHF中、自己組織化してマイクロメーター単位の巨大糸状組織体になることを見出した。
(3)ポリスチレンに芳香族ポリアミドがグラフトした新規グラフトポリマーを合成した。
(4)芳香族ポリアミドを含むスターポリマーおよびスターブロック共重合体を合成した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】15,000千円 (直接経費: 15,000千円)