Review
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【特集】スマートゲルの最新動向
Recent Advances in Smart Gels
-------------------------------------------------------------------------
特集にあたって
Introduction
-------------------------------------------------------------------------
宮田隆志(関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授)
-------------------------------------------------------------------------
スマートゲル表面
Smart Gel Surfaces
-------------------------------------------------------------------------
荏原充宏((独)物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス拠点(MANA) 主任研究員)
表面(界面)はバルクに比べて高いエネルギーを有しており,その結果たいへん興味深い挙動を示す。その界面自由エネルギーを“on-off ”で制御できるスマートゲル表面の開発は,さらに魅力的である。近年,外部刺激によってコンフォメーションを変える刺激応答性ポリマーを用いたスマートゲル界面の開発が盛んに行われており,その一部は臨床研究にまでつながっている。本稿では,その最近の動向の一部をまとめると同時に,さまざまなタイプのスマートゲル界面について紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.元祖スマートポリマーから真打ち登場まで
3.スマート表面の分類
4.先端医療のみならず低開発国などでも使用可能なシステム
5.形状記憶表面
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
セミウェット材料としての超分子ヒドロゲル
Supramolecular Hydrogel as Semi-wet Material
-------------------------------------------------------------------------
吉井達之(京都大学 大学院 工学研究科 合成・生物化学専攻)
浜地 格(京都大学 大学院 工学研究科 合成・生物化学専攻 教授)
低分子が集合することで得られる超分子ヒドロゲルは,高分子ゲルにはないユニークな性質をもったソフトマトリックスである。本稿では超分子ヒドロゲルの構造や性質およびバイオマテリアルとしての応用について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.超分子ヒドロゲルの構造
3.センサー機能を示す超分子ヒドロゲル
4.精密分子設計による超分子ヒドロゲルの機能化
5.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
ペプチド両親媒性分子の紐状ミセルが形成するヒドロゲル
Hydrogel Formed of Worm-like Micelles derived from Peptide Amphiphiles
-------------------------------------------------------------------------
島田智子(旭化成(株) 先進医療機器センター マネージャー)
坂本直紀(旭化成(株) 基盤技術研究所 上級専門職)
ペプチド両親媒性分子(PA)が形成する紐状ミセルを骨格としたヒドロゲルは,紐状ミセルの形成が種々の刺激により制御可能であり,また生理活性を付与できることから,医療分野への応用が期待される注目のスマートゲルの一つである。ここでは筆者らが合成したPAの構造変化を中心に,そのさらなる応用の可能性について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.ペプチド両親媒性分子の設計・合成
2.1 C16-W3Kの設計
2.2 C16-W3K の合成
3.ペプチド両親媒性分子の形成するゲル
4.紐状ミセル形成のコントロール
4.1 温度による変化
4.2 アルキル鎖長による変化
4.3 機械的せん断による変化
4.4 TFE 添加による変化
5.ペプチド両親媒性分子の紐状ミセル形成プロセス
5.1 球状ミセルの形成
5.2 シリンダーミセルの形成
5.3 シリンダーミセルの延長
6.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
ゲル微粒子懸濁溶液が示す角度依存性のない構造色
Angle-Independent Structural Color from Gel Particle Suspension
-------------------------------------------------------------------------
竹岡敬和(名古屋大学 大学院 工学研究科 准教授)
従来の構造発色性材料は,可視光の波長程度で屈折率が周期的に変化した構造を有する,いわゆるフォトニックバンドギャップ材料が主流であった。しかし,屈折率の周期構造がなくとも,短距離秩序を有するアモルファス材料からも構造性発色が観測されることがわかった。本稿では,ゲル微粒子集合体を用いた系について紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.ゲル微粒子懸濁液の濃度と色
3.まとめ
-------------------------------------------------------------------------
光応答性ハイドロゲル
Photo-responsive Hydrogel
-------------------------------------------------------------------------
須丸公雄((独)産業技術総合研究所 幹細胞工学研究センター 主任研究員)
光は,対象に対して局所的・遠隔的・即時的に作用させることができる強力な制御手段である。本稿では,顕著な光応答収縮を示すスピロピラン修飾ハイドロゲルの特性と,マイクロ流体システムのオンデマンド自在制御をはじめとするいくつかの応用検討について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.ロッド状ゲルアクチュエータの光屈曲制御
3.微小パターン照射によるシート表面形状制御
4.微小物体の自在運搬
5.マイクロ流路の光オンデマンド形成
6.マイクロバルブアレイの光独立制御
7.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
イオン液体を担持した高分子ゲル─イオンゲル─
Polymer Gel Containing Ionic Liquid ─ Ion Gel ─
-------------------------------------------------------------------------
上木岳士(東京大学 大学院 工学系研究科 マテリアル工学専攻 日本学術振興会特別研究員SPD)
渡邉正義(横浜国立大学 大学院 工学研究院 教授)
イオン液体と呼ばれるカチオンとアニオンからなる液体も高分子の溶媒になりえる。このことを利用すると,イオン液体を固体薄膜化でき,各種電気化学デバイスの固体電解質等として応用できる。一方ある種の高分子はイオン液体中で温度を上げることにより,溶けないものが溶けたり(UCST 型),溶けていたものが不溶化したり(LCST 型)する。この現象を利用すると,高分子の溶解性,高分子ゲルの膨潤度,ブロック共重合体の集合状態などを温度や光で制御することが可能となり,溶媒が蒸発しない新しいスマートソフトマテリアルとして期待できる。
【目次】
1.はじめに
2.イオン液体を溶媒に用いた刺激応答性高分子
─水溶性刺激応答性高分子との類似性という観点から─
3.イオン液体を溶媒に用いた刺激応答性高分子の特異性
4.イオン液体中の刺激応答性高分子の特徴を利用した新規材料
─光刺激応答性高分子への展開─
5.イオン液体を溶媒に用いた刺激応答性ゲルの創製
-------------------------------------------------------------------------
自励振動ゲル
Self-oscillating Gel
-------------------------------------------------------------------------
吉田 亮(東京大学 大学院 工学系研究科 准教授)
筆者らは,化学振動反応(BZ 反応)の化学エネルギーを高分子鎖の形態変化に変換することにより,心臓の拍動のように一定条件下で自発的に周期的リズム運動を行う新しい「自励振動ゲル」を開発した。これまでの系統的な研究概要とともに,自律機能を有する新たなバイオミメティック材料に向けた展開について紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.ゲルの自励振動挙動とその制御
3.自律機能材料としての展開
3.1 自律駆動型生体模倣アクチュエータへの応用
3.2 自励振動高分子/ゲルを用いた機能性表面の構築
3.3 機能性流体としての展開
3.4 生体条件下での駆動の試み
4.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
生体分子応答性ゲルの創製
Synthesis of Biomolecule-Responsive Gels
-------------------------------------------------------------------------
河村暁文(関西大学 先端科学技術推進機構 ポスト・ドクトラル・フェロー)
宮田隆志(関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授)
従来の刺激応答性ゲルは,温度やpH といった外部環境変化に応答して体積変化するものがほとんどであった。しかし近年,生体内の特定の分子に応答して体積変化する生体分子応答性ゲルが合成され,医療分野への応用が検討されている。このような生体分子応答性ゲルを合成するための一般的な設計戦略として,筆者らはゲル架橋点に生体分子複合体を利用した新しいコンセプトを提案した。ここでは,可逆的架橋点として生体分子複合体を導入したさまざまな生体分子応答性ゲルに関する研究結果を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.糖鎖認識部位を導入した単糖応答性ゲル
3.抗原抗体複合体を架橋点とした抗原応答性ゲル
4.分子インプリント法を利用した肝癌マーカー応答性ゲル
5.おわりに
-------------------------------------------------------------------------
Material Report R&D
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アルミニウム陽極酸化膜を用いた耐熱性フレキシブル絶縁金属基板
Flexible Substrate for Electronic Devices using Dielectric Anodic-Aluminum-Oxide
-------------------------------------------------------------------------
祐谷重徳(富士フイルム(株) R&D 統括本部 先端コア技術研究所 専門主任研究員)
富士フイルムで開発したフレキシブル絶縁金属基板は,500℃以上の耐熱性,直径10cmの可逆曲げにも耐える性能を有しており,高温のRoll To Rollハンドリングが可能な基板となっている。本稿ではその性能を報告し,応用展開として,従来のガラス基板では実現できなかったフレキシブルな薄膜化合物系太陽電池の試作例を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.基板構造と機械特性
3.AAO 基板の耐熱性
4.AAO 基板の絶縁性
5.AAO 基板を使用したCIGS 太陽電池策
6.今後の展開
-------------------------------------------------------------------------
海外‘Niche’ビジネスレポート
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Semi-Solid Flow Cell (半固体フロー電池)─ガソリンから電気へ─
Technology Trend of Semi-solid Flow Cell
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Global IBIS 編集部
【目次】
1.現時点での最先端技術「リチウムイオン電池」の開発現況
2.次世代電池の研究開発動向
2.1 金属・空気イオン液体電池
2.2 フロー電池
(1) Deeya Energy Inc.
(2) Ashlawn Energy, LLC
(3) Primus Power
(4) Premium Power Corporation
3.Semi-Solid Flow Cell の登場─ガソリンから電気へ─
-------------------------------------------------------------------------
機能材料マーケットデータ
-------------------------------------------------------------------------
エアフィルタの市場動向
Market Trend of Organic Semiconductor
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【目次】
1.概要
2.市場規模
2.1 市場規模推移
2.2 種類別素材別市場規模
3.企業動向
3.1 参入企業
3.2 企業動向
(1) 日本バイリーン
(2) 日本無機
(3) ニッタ
(4) 日本ケンブリッジフィルター
(5) 日本エアーフィルター
Recent Advances in Smart Gels
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特集にあたって
Introduction
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宮田隆志(関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授)
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スマートゲル表面
Smart Gel Surfaces
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荏原充宏((独)物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス拠点(MANA) 主任研究員)
表面(界面)はバルクに比べて高いエネルギーを有しており,その結果たいへん興味深い挙動を示す。その界面自由エネルギーを“on-off ”で制御できるスマートゲル表面の開発は,さらに魅力的である。近年,外部刺激によってコンフォメーションを変える刺激応答性ポリマーを用いたスマートゲル界面の開発が盛んに行われており,その一部は臨床研究にまでつながっている。本稿では,その最近の動向の一部をまとめると同時に,さまざまなタイプのスマートゲル界面について紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.元祖スマートポリマーから真打ち登場まで
3.スマート表面の分類
4.先端医療のみならず低開発国などでも使用可能なシステム
5.形状記憶表面
6.おわりに
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セミウェット材料としての超分子ヒドロゲル
Supramolecular Hydrogel as Semi-wet Material
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吉井達之(京都大学 大学院 工学研究科 合成・生物化学専攻)
浜地 格(京都大学 大学院 工学研究科 合成・生物化学専攻 教授)
低分子が集合することで得られる超分子ヒドロゲルは,高分子ゲルにはないユニークな性質をもったソフトマトリックスである。本稿では超分子ヒドロゲルの構造や性質およびバイオマテリアルとしての応用について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.超分子ヒドロゲルの構造
3.センサー機能を示す超分子ヒドロゲル
4.精密分子設計による超分子ヒドロゲルの機能化
5.まとめ
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ペプチド両親媒性分子の紐状ミセルが形成するヒドロゲル
Hydrogel Formed of Worm-like Micelles derived from Peptide Amphiphiles
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島田智子(旭化成(株) 先進医療機器センター マネージャー)
坂本直紀(旭化成(株) 基盤技術研究所 上級専門職)
ペプチド両親媒性分子(PA)が形成する紐状ミセルを骨格としたヒドロゲルは,紐状ミセルの形成が種々の刺激により制御可能であり,また生理活性を付与できることから,医療分野への応用が期待される注目のスマートゲルの一つである。ここでは筆者らが合成したPAの構造変化を中心に,そのさらなる応用の可能性について述べる。
【目次】
1.はじめに
2.ペプチド両親媒性分子の設計・合成
2.1 C16-W3Kの設計
2.2 C16-W3K の合成
3.ペプチド両親媒性分子の形成するゲル
4.紐状ミセル形成のコントロール
4.1 温度による変化
4.2 アルキル鎖長による変化
4.3 機械的せん断による変化
4.4 TFE 添加による変化
5.ペプチド両親媒性分子の紐状ミセル形成プロセス
5.1 球状ミセルの形成
5.2 シリンダーミセルの形成
5.3 シリンダーミセルの延長
6.おわりに
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ゲル微粒子懸濁溶液が示す角度依存性のない構造色
Angle-Independent Structural Color from Gel Particle Suspension
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竹岡敬和(名古屋大学 大学院 工学研究科 准教授)
従来の構造発色性材料は,可視光の波長程度で屈折率が周期的に変化した構造を有する,いわゆるフォトニックバンドギャップ材料が主流であった。しかし,屈折率の周期構造がなくとも,短距離秩序を有するアモルファス材料からも構造性発色が観測されることがわかった。本稿では,ゲル微粒子集合体を用いた系について紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.ゲル微粒子懸濁液の濃度と色
3.まとめ
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光応答性ハイドロゲル
Photo-responsive Hydrogel
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須丸公雄((独)産業技術総合研究所 幹細胞工学研究センター 主任研究員)
光は,対象に対して局所的・遠隔的・即時的に作用させることができる強力な制御手段である。本稿では,顕著な光応答収縮を示すスピロピラン修飾ハイドロゲルの特性と,マイクロ流体システムのオンデマンド自在制御をはじめとするいくつかの応用検討について概説する。
【目次】
1.はじめに
2.ロッド状ゲルアクチュエータの光屈曲制御
3.微小パターン照射によるシート表面形状制御
4.微小物体の自在運搬
5.マイクロ流路の光オンデマンド形成
6.マイクロバルブアレイの光独立制御
7.おわりに
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イオン液体を担持した高分子ゲル─イオンゲル─
Polymer Gel Containing Ionic Liquid ─ Ion Gel ─
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上木岳士(東京大学 大学院 工学系研究科 マテリアル工学専攻 日本学術振興会特別研究員SPD)
渡邉正義(横浜国立大学 大学院 工学研究院 教授)
イオン液体と呼ばれるカチオンとアニオンからなる液体も高分子の溶媒になりえる。このことを利用すると,イオン液体を固体薄膜化でき,各種電気化学デバイスの固体電解質等として応用できる。一方ある種の高分子はイオン液体中で温度を上げることにより,溶けないものが溶けたり(UCST 型),溶けていたものが不溶化したり(LCST 型)する。この現象を利用すると,高分子の溶解性,高分子ゲルの膨潤度,ブロック共重合体の集合状態などを温度や光で制御することが可能となり,溶媒が蒸発しない新しいスマートソフトマテリアルとして期待できる。
【目次】
1.はじめに
2.イオン液体を溶媒に用いた刺激応答性高分子
─水溶性刺激応答性高分子との類似性という観点から─
3.イオン液体を溶媒に用いた刺激応答性高分子の特異性
4.イオン液体中の刺激応答性高分子の特徴を利用した新規材料
─光刺激応答性高分子への展開─
5.イオン液体を溶媒に用いた刺激応答性ゲルの創製
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自励振動ゲル
Self-oscillating Gel
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吉田 亮(東京大学 大学院 工学系研究科 准教授)
筆者らは,化学振動反応(BZ 反応)の化学エネルギーを高分子鎖の形態変化に変換することにより,心臓の拍動のように一定条件下で自発的に周期的リズム運動を行う新しい「自励振動ゲル」を開発した。これまでの系統的な研究概要とともに,自律機能を有する新たなバイオミメティック材料に向けた展開について紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.ゲルの自励振動挙動とその制御
3.自律機能材料としての展開
3.1 自律駆動型生体模倣アクチュエータへの応用
3.2 自励振動高分子/ゲルを用いた機能性表面の構築
3.3 機能性流体としての展開
3.4 生体条件下での駆動の試み
4.おわりに
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生体分子応答性ゲルの創製
Synthesis of Biomolecule-Responsive Gels
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河村暁文(関西大学 先端科学技術推進機構 ポスト・ドクトラル・フェロー)
宮田隆志(関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授)
従来の刺激応答性ゲルは,温度やpH といった外部環境変化に応答して体積変化するものがほとんどであった。しかし近年,生体内の特定の分子に応答して体積変化する生体分子応答性ゲルが合成され,医療分野への応用が検討されている。このような生体分子応答性ゲルを合成するための一般的な設計戦略として,筆者らはゲル架橋点に生体分子複合体を利用した新しいコンセプトを提案した。ここでは,可逆的架橋点として生体分子複合体を導入したさまざまな生体分子応答性ゲルに関する研究結果を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.糖鎖認識部位を導入した単糖応答性ゲル
3.抗原抗体複合体を架橋点とした抗原応答性ゲル
4.分子インプリント法を利用した肝癌マーカー応答性ゲル
5.おわりに
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Material Report R&D
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アルミニウム陽極酸化膜を用いた耐熱性フレキシブル絶縁金属基板
Flexible Substrate for Electronic Devices using Dielectric Anodic-Aluminum-Oxide
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祐谷重徳(富士フイルム(株) R&D 統括本部 先端コア技術研究所 専門主任研究員)
富士フイルムで開発したフレキシブル絶縁金属基板は,500℃以上の耐熱性,直径10cmの可逆曲げにも耐える性能を有しており,高温のRoll To Rollハンドリングが可能な基板となっている。本稿ではその性能を報告し,応用展開として,従来のガラス基板では実現できなかったフレキシブルな薄膜化合物系太陽電池の試作例を紹介する。
【目次】
1.はじめに
2.基板構造と機械特性
3.AAO 基板の耐熱性
4.AAO 基板の絶縁性
5.AAO 基板を使用したCIGS 太陽電池策
6.今後の展開
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海外‘Niche’ビジネスレポート
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Semi-Solid Flow Cell (半固体フロー電池)─ガソリンから電気へ─
Technology Trend of Semi-solid Flow Cell
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Global IBIS 編集部
【目次】
1.現時点での最先端技術「リチウムイオン電池」の開発現況
2.次世代電池の研究開発動向
2.1 金属・空気イオン液体電池
2.2 フロー電池
(1) Deeya Energy Inc.
(2) Ashlawn Energy, LLC
(3) Primus Power
(4) Premium Power Corporation
3.Semi-Solid Flow Cell の登場─ガソリンから電気へ─
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機能材料マーケットデータ
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エアフィルタの市場動向
Market Trend of Organic Semiconductor
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【目次】
1.概要
2.市場規模
2.1 市場規模推移
2.2 種類別素材別市場規模
3.企業動向
3.1 参入企業
3.2 企業動向
(1) 日本バイリーン
(2) 日本無機
(3) ニッタ
(4) 日本ケンブリッジフィルター
(5) 日本エアーフィルター
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