ゲル微粒子の周期的な会合／解離挙動を活用した微粒子超構造の構築とメカニズム解明

概要

研究成果の概要（和文）：
本申請では、体積と粒子間相互作用を変化させる等、外部環境応答性を有した柔らかいコロイド粒子；ハイドロゲル微粒子に注目し、設計・合成・構造解析を通じ、新たな機能を示すゲル微粒子群を開発した。それらを自己組織化の要素と捉え、界面やバルク中において、粒子の個性や、外部環境応答性を活用する事で、高次組織化およびそのメカニズム解明に挑戦した。特に、気水表面を集積場とした場合、開発したゲル微粒子の形態に応じてユニークな非等方的な構造化を見出した。その他にも、自律駆動コアシェルゲル微粒子の会合／解離挙動を外部環境変化によりON/OFFスイッチさせる事に成功し、微粒子集積体の精密制御を発展させる知見を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義
本研究成果の意義は、機能性高分子ゲル微粒子の開発や、ミクロ空間における自己組織化現象の解明により、高分子合成科学やコロイド界面科学の発展に貢献した事にある。そして、直接観察が極めて難しい原子・分子や生体分子の集積化との類似性を見出し、速度論モデル等により検証し、顕微鏡下で直接可視化できるモデルシステムを確立した。本研究成果による社会的意義は、完全人工物のゲル微粒子の集積メカニズム検討を通じ、生体内微粒子の構造形成を伴う生命現象の理解の深化に繋がる可能性を秘めている点にある。

研究成果の概要（英文）：
Stimuli-responsive hydrogel microspheres (microgels) with various nanostructures were developed. By using a series of the developed microgels, it was found that the self-organized structures of the microgels at fluid interfaces can be controlled by changing the characteristics of the soft microgels (e.g., shape, charge density and softness). In particular, it was found that hydrogel microellipsoids can be synthesized by seeded precipitation polymerization of polyacrylamide-derivatives on ellipsoidal solid core, and by using the anisotropic microgels, control of the dimensionality of the assembled structures was achieved at air/water interface of sessile droplets. Finally, on/off switching of the microgel's volume oscillation was realized, and can be used for self-organization of microgels toward precisely controlled microstructures.

キーワード：高分子微粒子 コロイド ゲル微粒子 微粒子集積 バイオミメティック 化学振動反応 機能性材料

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