ハイドロゲルのナノ構造／機能相関の解明と超高速刺激応答ゲルの創製

本研究課題の目的の一つである高速応答する微粒子集積化ゲルを作成する上で、単一ゲル微粒子のナノ構造の理解と設計が重要である。今年度は、（１）架橋剤の種類がゲル微粒子のナノ構造に与える影響、（２）単一ゲル微粒子の力学特性評価、（３）コアシェルゲル微粒子の設計について調査した。（１）ゲル微粒子を単分散な微粒子が得られる水系沈殿重合法で合成すると、主モノマーと反応性比の違いにより、コアシェル型の不均一構造が形成される。今年度は、N-イソプロピルアクリルアミドと、反応性が高いN,N’-メチレンビスアクリルアミド、または更に反応性の高いジメタクリレートから成るゲル微粒子を合成し、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）によってナノ構造を明確化した。その結果、どちらもコアシェル型の不均一構造を有するものの、ジメタクリレートで架橋したゲル微粒子の方がより顕著な不均一性を示すことが明らかとなった。（２）高速AFM観察によりナノ構造を明確化したゲル微粒子の力学的な特徴を評価するために、高速AFMを用いたフォースカーブ計測を実施した。その結果、微粒子の内部には構造だけでなく力学的な不均一性も生じていることが明らかとなり、さらに架橋剤種によって局所の力学特性が異なることが明らかとなった。（３）微粒子を集積化する上で、微粒子の表面構造を制御することが重要である。本年度は、シード沈殿重合法を用いて固体コアにゲルシェル層を付与する際の、モノマー・架橋剤濃度と得られるゲルシェル層の相関関係を調査した。その結果、ゲルシェル層とモノマー濃度の関係は、架橋密度によらず単一指数関数で説明できることを見いだした。更に、初年度に確立したFeed法をシード沈殿重合法へ応用することで、より厚いゲルシェル層の付与に成功した。

本研究課題の目的の一つである高速応答する微粒子集積化ゲルを作成する上で、単一ゲル微粒子のナノ構造の理解と設計が重要である。今年度は、（１）架橋剤の種類がゲル微粒子のナノ構造に与える影響、（２）単一ゲル微粒子の力学特性評価、（３）コアシェルゲル微粒子の設計について調査した。（１）ゲル微粒子を単分散な微粒子が得られる水系沈殿重合法で合成すると、主モノマーと反応性比の違いにより、コアシェル型の不均一構造が形成される。今年度は、N-イソプロピルアクリルアミドと、反応性が高いN,N’-メチレンビスアクリルアミド、または更に反応性の高いジメタクリレートから成るゲル微粒子を合成し、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）によってナノ構造を明確化した。その結果、どちらもコアシェル型の不均一構造を有するものの、ジメタクリレートで架橋したゲル微粒子の方がより顕著な不均一性を示すことが明らかとなった。（２）高速AFM観察によりナノ構造を明確化したゲル微粒子の力学的な特徴を評価するために、高速AFMを用いたフォースカーブ計測を実施した。その結果、微粒子の内部には構造だけでなく力学的な不均一性も生じていることが明らかとなり、さらに架橋剤種によって局所の力学特性が異なることが明らかとなった。（３）微粒子を集積化する上で、微粒子の表面構造を制御することが重要である。本年度は、シード沈殿重合法を用いて固体コアにゲルシェル層を付与する際の、モノマー・架橋剤濃度と得られるゲルシェル層の相関関係を調査した。その結果、ゲルシェル層とモノマー濃度の関係は、架橋密度によらず単一指数関数で説明できることを見いだした。更に、初年度に確立したFeed法をシード沈殿重合法へ応用することで、より厚いゲルシェル層の付与に成功した。