高分子物性に基づいたバイオシステム・インスパイアード膜の創製

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生体が持つ、リズミカルな制御や外部濃度変化に対する環境応答を人工的に実現するシステムを目指して、高分子物性を基礎としたバイオシステム・インスパイアード膜の創製を行った。温度に応答して膨潤収縮するNイソプロピルアクリルアミドポリマーと、K+イオンを選択的に捕捉するクラウンエーテルをコンジュゲートした高分子は、K+イオンに応じて膨潤収縮する機能性高分子である。この高分子を多孔質基材細孔中にプラズマグラフト重合してイオン応答分子認識ゲート膜を作成した。イオン認識ゲート膜の膜性能を解析し最適化を行うためには、グラフトポリマーを直接分析する手段が必要不可欠である。しかしながら、グラフトポリマーは基材に共有結合しているため、グラフトポリマーの単離・分析は一般に困難であった。本研究ではこれを可能とするべく、ポリエステル系のポリカーボネート多孔質膜基材にグラフトポリマーを固定化し、基材のみを強アルカリで加水分解することで、ビニルポリマーであるグラフト鎖のみを単離・分析する手法を初めて開発した。この新技術により、グラフト高分子物性と膜性能の比較による、ゲート膜のチャネル機能の直接的なメカニズム検討が可能になった。解明したメカニズムを元に、グラフト鎖を数百万という高い分子量に制御し、また適度な分子量分布を持たせることで、膜細孔中にグラフトポリマーが充分に膨潤収縮するスペースを確保することができ、数百倍以上の高度なON-OFF性能を発揮するゲート膜の創製に成功した。このON-OFF性能は他のゲート膜を大きく上回る高い性能である。数百倍の透過性制御が可能であるイオン認識ゲート膜を用いて、イオン認識を引き金とした生体類似のイオン浸透圧制御や、さらにはリズミカルな透過性の自律振動制御に世界で初めて成功している。