自励振動ポリマーブラシ表面の創製

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スポットライトリサーチ

自励振動ポリマーブラシ表面の創製

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第49回のスポットライトリサーチは、東京大学大学院工学系研究科・博士課程3年の増田造さんにお願いしました。

増田さんの所属する吉田・秋元研究室では、化学エネルギーを使って自らの形状を周期振動的に変化させる「自励振動高分子」に関する研究が精力的に取り組まれています。今回紹介する研究もその流れにあるもので、これを基板表面に修飾することによって機能性表面の創製をめざした研究になります。この成果によって増田さんはこのたび「独創性を開く先端技術大賞」フジテレビジョン賞を受賞され、これを機に紹介させていただくことになりました。

それではいつも通り、増田さんに現場のお話を伺ってみましたのでご覧ください。

Q1. 今回の受賞対象となったのはどんな研究ですか？簡単にご説明ください。

高分子などのソフトマテリアルから構成される表面・界面(ソフト界面)は、機能性材料として大きな注目を集めています。このソフト界面に生体のモータータンパク質のような自律的な運動機能を付与できれば、新しいナノマシンなどへの展開が可能であると考えました。本研究では、外液一定条件下で周期的な水和・脱水和を起こす自励振動高分子^[1,2]を基板上に修飾することで、電荷・親疎水性・膜厚などが自律的に変化する動的な機能性ソフト界面の設計を行いました (図)。

最新の発表論文：

Tsukuru Masuda, Aya Mizutani Akimoto, Kenichi Nagase, Teruo Okano, Ryo Yoshida, “Design of self-oscillating polymer brushes and control of the dynamic behaviors” Chem. Mater. 2015, 27, 7395. DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b03228

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

本研究で利用した表面開始型原子移動ラジカル重合(SI-ATRP)法は、表面修飾する高分子の鎖長や密度を精密に制御可能な手法です。後述しますが、界面の構造について系統的な検討を行うことが重要でした。また、エネルギー散逸型水晶振動子マイクロバランスで界面の高分子鎖の挙動を検出できたとき、蛍光顕微鏡で化学反応波の伝播をはじめて観察できたときは感動でした。

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか？またそれをどのように乗り越えましたか？

これまで当研究室で扱ってきた材料はµm ~ mmスケールのゲルが中心であったのに対し、本研究ではnmスケールでのつくり込みと機能創出が目的でした。研究を開始した当初は合成と評価手法のノウハウが確立できずに苦戦しました。ひとつひとつ評価方法を確立し、しっかりと界面の構造について系統的に検討することがブレイクスルーにつながったと考えています。このあたりは東京女子医科大学先端生命医科学研究所との共同研究で実施させていただきました。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか？

化学は学際的な領域でもあることに魅力を感じています。化学をはじめ工学, 医学, 物理学, 生物学など様々な分野の力を結集・融合することで解決できる問題に挑戦していきたいと考えています。

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

本研究においてご指導を賜りました東京大学大学院工学系研究科の吉田亮教授、秋元文講師、東京女子医科大学先端生命医科学研究所の岡野光夫教授、長瀬健一講師に深く感謝申し上げます。まだまだ未熟ですが、これからも研究に励んでいきたいと思います。

学会は高分子学会、バイオマテリアル学会を中心に参加しておりまして、また活動の幅を広げていきたいと思います。今後、実際にお目にかかる機会もあるかもしれません。どうぞよろしくお願い致します。

参考文献

R. Yoshida et al., J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8095. DOI: 10.1021/ja012584q
R. Tamate et al., Chem. Rec. 2016 , DOI: 10.1002 /tcr.201600009.

研究者の略歴

増田造 (ますだつくる)

所属：東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻吉田・秋元研究室

研究テーマ：自励振動ポリマーブラシ表面の創製

略歴：

2012年3月東京大学工学部マテリアル工学科卒業

2014年3月東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻修士課程修了

2014年4月- 現在東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻博士後期課程

2014年4月- 現在日本学術振興会特別研究員DC1

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cosine

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。