JavascriptがOFFのため正しく表示されない可能性があります。竹岡敬和准教授等は、架橋点が自由に動くことのできる架橋剤を開発し、それを用いて高分子ゲルを作ると、高分子ゲルが非常に高い靱性と伸張性を示すことを明らかにしました。この架橋剤を用いて調製した刺激応答性高分子ゲルの応答速度は、従来の高分子ゲルに比べて飛躍的に速くなることも分かりました。従来の高分子ゲルは、力学的な脆さや応答の遅さが原因となり、その刺激に応じた体積や表面の変化を利用した人工筋肉、ドラッグデリバリーシステム、センサー、再生医療用の培養床としての実用化が困難でした。ゲルの上記の目的への利用が期待できます。Communications』誌(電子版)に掲載されました。どんな刺激にも応える「ゲル」が、ここ名古屋大学で生まれた。私たちの生活に馴染み深いものばかりだが、どれもが「ゲル」の産物である。工学研究科の竹岡敬和准教授の研究グループは、まさにそこで高分子ゲルの発展をリードする。高分子ゲルとは、高分子鎖が架橋されて3次元の網目構造を形成し、その隙間にたくさんの溶媒を保持して膨潤したゲルのことをいう(図1)。様々な機能を示すため、多くの分野で実用化されている。図1.ゲルの網目構造の模式図。隙間に溶媒を保持して膨潤する様子。ゲルは既に身近に使われているものの、未だ「もろさ」を克服しなければ、人工筋肉、ドラッグデリバリーシステム、センサー、再生医療の培養床といった、より高度な場面での利用は難しい。Imran特任助教ら研究グループは、新しく開発した架橋点が自由に動く架橋剤を利用し、従来通りの簡単な調製方法でありながら、高分子ゲルに高い刺激応答性(伸張性や粘り強さ)を持たせることに成功し、更なる実用化へ向け第一歩を切り出した。分野でドラッグデリバリーシステムに使われる高分子ゲルの開発に努めた。薬の表面加工にゲルを用いれば、例えば「発熱したときだけ薬を出す」といった具合に、薬剤を体内の効かせたいところに効かせたり、副作用を抑制したりできる。体内の薬物分布をコントロールするためには、高分子ゲルでも、刺激応答性のある柔軟なゲルが必要である。これまでも、粘土質と高分子を混ぜ合わせたゲルの開発や、硬い高分子からなる第1次ネットワークと柔らかな第2次ネットワークを混ぜ合わせたゲルの開発もあった。前者の場合は、ネットワークを作るための架橋点は水素結合でつながれているため、水の中では次第にふやけてしまい、後者の場合は、繰り返し使用するとボロボロになってしまう、という問題点が残る。実に、研究が盛んになってから約30年を経た現在でも刺激応答性のある柔軟なゲルを実用化した例は少なく、その研究の難しさが伺える。竹岡准教授は、構造色(ものの構造に基づく発色)にも興味を示す。様々な刺激に応答したゲルの体積変化から、光のブラッグ反射を利用して、環境変化を色で知らせるセンサーも展開。伊藤耕三教授と共同研究をするようになった。485-7)、そして柔らかく強い高分子材料の技術を開発する。その特許取得から、アドバンスト・ソフトマテリアルズ株式会社(http://www.asmi.jp/)を設立し、滑車効果を示す新規材料としてスライドリングマテリアル(図2)を提供している。325-7)からなる三次元高分子網目である。条件を選べば、CDがPEG上を自由に動ける、という滑車効果が期待できる。ゲルを構成する高分子網目にも滑車効果が導入できる。竹岡准教授およびImran特任助教らは、柔軟な力学特性を示す刺激応答性高分子ゲルの調製に向けて、架橋としてのPRの開発に取り掛かった。Imran特任助教は、まずPRを反応性のビニル基で修飾し架橋剤(HPR-C)を作った(図3)。この架橋剤、および、温度応答性ポリマーとなることが知られているN-イソプロピルアクリルアミド(NIPA)を水に溶かして水溶液を作った。そこへゲル化反応の開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)、および、反応促進剤であるテトラメチルエチレンジアミン(TEMED)を加え、高分子ゲルNIPA-HPR-Cを調製した。Group)しかし、得られた高分子ゲルは、PRの誘導体を架橋剤に用いたにも関わらず、「もろさ」を示す状態であった。滑車効果が発揮されていないのである。あきらめない」Imran特任助教は、PRのような架橋点が動く場合の高分子ゲルについて、環境に応じたその体積変化について調べてみようと考えた。高分子ゲルは環境(例えば、温度や溶媒組成など)を変えると、それに応じて高分子ゲルを構成している高分子鎖が広がったり縮んだりする(つまり、高分子ゲルの体積が変化する)。一般に、「イオン基」を導入した大きく膨らむ高分子ゲルがその現象を示すことが分かっている。Imran特任助教は、イオン基を有するアクリル酸ナトリウム(AAcNa)を、上記の高分子ゲルを調製する際に少量加えて高分子ゲルを作ってみた(図4)。Group)すると、得られた高分子ゲルは、非常に柔軟で、従来の高分子ゲルと比べて十倍以上も良く伸び、カッターでもなかなか切れない(図5)。Group)イオン基が高分子網目に導入されたことで、高分子ゲル内にイオン基の対イオンによる浸透圧が生まれ高分子網目全体が膨張するようになった。それに伴い、架橋剤として用いたHPR-Cが網目中で大きく伸びたことによって、架橋点が自由に動くようになったと考えられる(図6)。Group)さらにImran特任助教は、刺激応答性の高分子部分にイオン基を導入しなくても、PRに直接イオン基を導入すれば良いのではと考えた。性質を変えずに、滑車効果のみを刺激応答性高分子ゲルに付与することが可能になる。イオン性をもつPRを作製し、先ほどと同様にビニル基を修飾した架橋剤(iPR-C)を作った(図7)。性質を変えずに、滑車効果のみを高分子ゲルに付与することができたのである。ゲルをここにお見せしたい(動画)。高分子ゲルは、誰にでも作れる簡単な操作で調製できることもポイントの一つ。環境の変化や刺激に対して、自らの体積を速く大きく変化させることができる刺激応答性高分子ゲルの開発は、いよいよ応用に向けて稼働し出す。科学技術の進歩が「手に取って」見えた。准教授】1996年上智大学より工学博士の学位取得。経て、2004年より現職。***指導の立場にあっても「直感を大切にしていきたい」と自ら研究に励む竹岡氏。学生や研究員の立場に近づけるように、との心掛けは、実は息抜きでもあるそうだ。多くの出会いやつながりを大切にされて、研究をぐんぐん進める竹岡氏。これからも勢いよく、興味深いご研究を手掛けていかれることだろう。Comillaの生まれ。(BUET)化学科で助教を務める。2014年より、名古屋大学での現職を併任。***「日本は第二の故郷です」とにこやかに話すImran氏。休暇は、趣味のカメラとともに旅行に出掛け、日本滞在を心行くまで楽しむ。「バングラデシュは、日本ほど研究室が充実していない。ここで貪欲に研究したい」と終始笑顔で語るImran氏。これからも、高分子ゲルの様に粘り強く、伸び伸びと研究を楽しまれていくことだろう。