電気・磁気応答性有機ゲルを用いた人工筋肉の創製

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これまで、北大長田義仁グループでは、生物様運動を行う高分子ゲルの創製を世界に先駆けて行い、これを用いた様々なアクチュエータを開発してきた。本研究では、電圧印加により駆動する新規導電性高分子ゲルの創製を行い、新しいアクチュエータ用材料を開発する。アクチュエータ用合成高分子として、優れた電気化学的性質を有し、かつ3-置換ポリチオフェン類のような位置規則性を考える必要のないN-置換ポリピロールを選んだ。まずN位にカルボン酸基を有するピロール誘導体を合成し、これをモノマーとする水溶性ポリピロールを酸化重合法により合成した。得られた高分子はpH9.0で可溶となった。次に、この高分子のpHの変化に伴う水溶性の変化をより詳細に検討し、水溶液中における電気化学的性質、光学的性質を測定した。さらに、スピンコート法によりITOガラス基板上にポリピロール薄膜を作製し、その薄膜の電気化学的性質、光学的性質した。この薄膜のエレクトロスペクトロメトリーを行うことで、電気化学的酸化状態での酸化種の評価を行った。また、電気伝導機構の検討を目的として、4端子法により高分子薄膜の未ドープ状態、ドープ状態、および含水状態での直流並びに交流電圧印加時の電気伝導度の測定を行った。このように、得られたポリピロール誘導体の基礎物性を評価した。次に架橋剤によるポリピロール鎖間の橋かけを行い、ハイドロゲルを作製した。橋架け密度、界面活性剤の濃度を系統的に変化させ、これらに電圧印加を行ったときのハイドロゲルの物性評価を行い、アクチュエータ作製の基礎データを得た。さらに、電圧印加に対する応答特性向上をドーピング率向上により達成するため、高い水溶性が期待できるN-置換ポリピロール類(N位にリン酸基、ポロン酸基あるいはスルホン酸基を有するピロール誘導体)を合成し、その基礎物性を評価した。以上のように、電気刺激応答型アクチュエータ用材料としての応用が可能な新規導電性高分子ゲルを創製することができた。