合成法の創成高効率調製法による高機能性材料の創製
 
大学院工学研究院 佐藤 敏文 教授

研究の背景と目的

有機・高分子材料は暮らしを支える物質として多種多様な用途で使用されている。しかしながら、生成プロセスで使用する大量の有害化学物質・溶媒の問題など、数多くの問題を抱えた分野でもある。そこで本研究構想では、従来から行われている機能性材料の多段階調製法を、ワンポット法(あるいは一段階法)に変換する“超”合成法の研究領域を確立する。具体的には、近未来的に必要とされる高機能性有機・高分子材料の調製法を根本から見直し、高効率なワンポット法を開発することで、使用する試薬や溶媒の使用量を大幅に削減した、サステナブルで環境低負荷な“超”合成法による高機能性材料の創製を提案する。

研究内容

本研究構想では、中堅・若手研究者および海外協力者と共に、必要とする機能性高分子材料をワンポット法で調製する高効率調製法「“超”合成法」を開発する。また、生成高分子材料の機能性評価をもとに、高機能化のための再分子設計を行い、最終的に、高効率調製法による高機能性材料の創製を達成する。本研究構想では、以下の三つのテーマについて重点的に検討する。

1)“超”合成法によるフレキシブルデバイスの調製(“超”合成法による特殊構造高分子)

伸縮自在(ストレッチャブル)な電気デバイスが近未来的に必須となっているが、この目的に使用する導電性高分子の開発は遅れており、急務の課題となっている。海外協力研究者の Chen 教授、Kuo 教授、Borsali 教授と磯野助教、申請者はこれまでに、ソフトセグメントを有する特殊構造導電性高分子を調製し、ストレッチャブルメモリーやストレッチャブル LED などを開発してきた。従来の調製法では多段階反応を用いることで目的の高分子を作成しているが、本研究提案では、ワンポット法を採用することで、使用する試薬や溶媒の使用量の大幅な削減を目指す(図1参照)。先に行った予備実験(提案法)では、従来法と同等の高分子の生成を確認している。

図1. ストレッチャブルな導電性高分子材料の合成

2)“超”合成法による機能性配列制御高分子の調製(高分子ナノ粒子の調製)

生体が作るタンパク質や核酸などは精密に配列制御された高分子であるが、現在の合成技術では調製が困難である。本研究構想では、遺伝子デリバリーナノ粒子用の配列制御高分子材料を Zhang 教授、Xia博士、佐藤悠介助教と共に調製し、“超”合成法を確立する(図2参照)。生成した配列制御高分子材料を佐藤悠介助教が性能評価し、高機能化のための再分子設計を経て、遺伝子デリバリーに有効な高分子ナノ粒子の開発を達成する。

図2. 星型の配列制御高分子の合成

3)“超”合成法による刺激応答性高分子ブラシの調製(刺激応答性高分子ブラシの調製)

三友准教授が行っている DNA ブラシを用いた金ナノロッドの位置・配列制御による可逆的なプラズモン(光学特性)スイッチングの研究において、“超”合成法により調製した種々の刺激応答性高分子ブラシを使用することにより、刺激応答による金ナノロッドの多彩な配向制御を達成する(図3参照)。
最終的には、本研究構想の“超”合成法(“Super” Synthesis あるいは “Super” Preparation)の概念を、もの作りに関連する全研究分野に拡張し、旧来の学問体系を超えた研究領域の創成を目指す。

図3.高分子ブラシよる金ナノロッドの位置・配列制御

佐藤 敏文 教授

大学院工学研究院