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人工筋肉材料の開発

人造肌肉材料的开发

基本信息

批准号：
62604542
负责人：
奥居徳昌
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1987
资助国家：
日本
起止时间：
1987 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-62604542/
关键词：
人工筋肉高分子ゲルポリアクリロニトリル繊維伸縮応答性 PH変化

项目摘要

高分子ゲル材料から生体筋肉に匹敵する収縮強度を持ち, 収縮速度の速い人工筋肉材料を開発するには, 弾性率が高く, 繊維直径の細いゲル繊維を作製する必要がある. そこで炭素繊維を製造するのに一般に使用されている直径約23μのポリマクリロニトリル(PAN)繊維を利用し, PAN繊維を約200°Cで熱処理および加水分解することにより, PAN系ゲルを作製した. このように作製したPAN系ゲルは酸/アルカリ(1NのNaOH/1NのHCl)溶液交換により収縮応答し, この時の応答速度は約1秒と速く, 発生応力も約20kg/cm_2に達した. このPAN系ゲルのpH変化による伸縮挙動を調べると, pH約3で収縮し, pH約11で膨潤するヒステリシスを描く. このPh領域における発生応力, 弾性率の時間依存性において収縮力はpHを変化するとすぐに発生するが, 弾性率は収縮応力がほぼ飽和する時間から増加し始める. これはゲルが収縮し分子鎖同志が接近し, ゲル中のカルボキシル基とピリジン環との間に大きな静電的相互作用が働き, 凝集構造がより強固になり, 弾性率が大きく増加したものと考えられる. pH11付近では, このゲル中の静電的相互作用による分子鎖間の凝集が破壊され, 膨潤するため弾性率, 応力とも同時に減少する. そこでこの分子鎖間の静電相互作用を断切するためNaClを加えてpH変化を調べると, pH11付近の伸縮応答は消滅し, pH3付近でのみ伸縮応力し, ピステリシス曲線は描かなくなった. すなわち, 生体筋肉のミオシン/アクチン系でカルシウムイオン濃度変化による収縮応答性と良く似た挙動が, PAN系ゲル繊維でもpH変化により可逆的に伸縮応答し, 大きな収縮強度を示す.

Polymer materials have the same shrinkage strength as biological materials, and the shrinkage speed is fast. Artificial materials have the same development speed, but the shrinkage rate is high. The diameter of the polymer material is small. The carbon fiber is produced by heat treatment and hydrolysis at a temperature of about 200°C. The PAN fiber is generally used in the production of carbon fiber. The reaction speed of PAN is about 1 second and the reaction force is about 20kg/cm2. The PAN system requires pH changes, expansion and contraction, pH about 3, and expansion at pH about 11. The time dependence of the pH field on the development of the pH field, the time dependence of the pH field on the development of the pH field, and the time dependence of the pH field on the development of the pH field. This is because of the close proximity of molecular locks, the large electrostatic interactions between the clusters, the strong aggregation structures, and the large increase in the rate of reactivity. pH11 is close to the electrostatic interaction between molecules, the aggregation between molecules, the swelling rate, and the reduction of force. The electrostatic interaction between molecules is interrupted by the addition of NaCl, the pH is adjusted, the stretching response is eliminated near pH11, and the stretching response is eliminated near pH3. In this paper, the structure and function of the biological muscle are discussed. The structure and function of the biological muscle are discussed. The structure and function of the biological muscle are discussed.