可変長高分子セグメントを用いた人工筋肉の創出

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本研究では化学エネルギーを力学エネルギーに変換できるソフトマテリアルを創り出すことを目的としている。そのために、"可変長高分子セグメント"という概念を用いて、刺激に応答して膨潤相から膨潤相への体積変化だけを示す刺激応答性ゲルを創り出し、さらに自己組織化を用いて異方性を導入し、人工的に筋肉様ソフトマテリアルを創り出すことを最終目標としている。"可変長高分子セグメント"とは外部からの化学物質などの刺激に応答して切断・結合を繰り返す短鎖と、刺激に不活性な長鎖を組み合わせた高分子セグメントである。刺激に不活性な長鎖にはポリエチレングリコール鎖(PEG)を有し、刺激に活性のある短鎖にはジスルフィド結合を用いた二官能性の環状モノマーが鍵化合物となる。可変長高分子セグメントをコモノマーと架橋剤と混合して重合を行ったところ、ゲルが生成した。得られたゲルは有機溶媒を吸収してよく膨潤するオルガノゲルとなった。外部からの還元剤の添加によってこのゲルの膨潤度は2倍程度に大きくなった。これはジスルフィドがチオール2個へと変化したことによると考えられる。チオールの生成はエルマン試薬による呈色反応で確認できた。ここに酸化剤を添加すると数時間後にゲルの膨潤度は元の大きさに近く(約1.3倍)なった。ジスルフィド結合の再生成が起こったことによると考えられる。このゲルを圧力感知素子に包埋してゲル側にはマイクロ流路を接続し、素子からの電圧変化を取り出すデバイスを作製した。還元剤溶液、酸化剤溶液と交互に流入させたところ、溶液の変化に応じて電圧値が変化することが明らかになった。