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柔軟な発光団に基づく高輝度張力プローブの開発と分子解像度の応力解析への展開

基于柔性发光体的高亮度张力探针的研制及其在分子分辨率应力分析中的应用

基本信息

批准号：
19J22034
负责人：
山角拓也
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当研究室では、光照射により励起状態でV字型から平面型へとコンフォーメーション変化を起こす「羽ばたく光機能分子FLAP」についての研究に取り組んでいる。その中でも私は、FLAPが力に応じてV字型から平面型へ構造変化して青色から緑色へ蛍光色変化を示す特徴を利用し、青と緑の2色の蛍光強度比を利用したレシオ解析により高分子材料にかかるナノ応力集中を定量するForceプローブを開発している。特に私は、アントラセン骨格をもつ従来型FLAPが溶媒存在下では力学負荷のない状態でも自発的に平面化してしまうため湿潤環境では利用できないという問題点に一貫して挑戦してきた。前年度までに私は、ピレン骨格をもつFLAP分子を設計・合成し、このFLAP分子が溶媒を含む高分子ゲル中でも力学応答をわずかに示すことを予備的に確認していた。当該年度では、ゲルの作製・測定方法を改善することで、より力学応答を明確に観測することが可能となった。具体的には、ゲルが容易に破断する引張試験ではなく比較的強い力を加えることが可能な圧縮試験を採用し、FLAPを導入する高分子材料として採用した架橋ポリウレタンの合成条件や膨潤させる有機溶媒の選択に関して充分な検討を行なった。その結果、圧縮と除荷に対してFLAPを導入した高分子ゲルは迅速かつ可逆に明確な蛍光応答を示し、その応力分布はピクセル毎に蛍光スペクトルが取得できるカメラによって、0-1 MPaの小さな応力範囲で蛍光レシオイメージングができることを実証した。以上のように私は、有機溶媒で膨潤した高分子ゲルを圧縮した際に生じるナノ応力集中をピレン型FLAPを用いて可逆的に可視化した。近年、高分子ゲルの力学的な脆弱性を克服すべく様々な強靭化戦略が取られているが、本研究で開発したForceプローブはそれらの強靭化メカニズムを分子レベルで解明する新たな手法として期待できる。

When the research room is in the state of excitation due to light irradiation, the V-shape is changed from flat to flat, and the "feather light functional molecule FLAP" is changed. In addition, the light intensity ratio of the two colors of blue and green is utilized to analyze and develop the Force concentration of polymer materials. In particular, in the presence of solvent, the mechanical load and the state of self-evolution of FLAP are planarized and utilized in humid environments. In the past year, the design, synthesis and preparation of FLAP molecules have been confirmed. When the year comes, it is possible to improve the method of measurement and analysis of mechanical properties. Specific problems include easy breaking, tensile test, strong force enhancement, possible compression test, FLAP introduction, polymer materials, bridging, synthesis conditions, swelling, organic solvent selection, and sufficient investigation. As a result, pressure reduction, charge reduction, and introduction of FLAP into the polymer can be rapidly reversed, and the optical response can be clearly demonstrated. The force distribution of the polymer can be achieved by a small pressure range of 0-1 MPa. The above mentioned organic solvent is used to expand the polymer, and the pressure is reduced. The pressure is concentrated and the FLAP is reversible. In recent years, the mechanical vulnerability of polymers has been overcome, and new methods have been developed to overcome the mechanical vulnerability of polymers.