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ホスト・ゲスト分子による接着と 自己修復材料の開発

大阪大学大学院理学研究科

教授 原田 明

大阪大学 新技術説明会 2013年 7月 19日

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キーワード

ホスト分子： 取り込む分子

（例：シクロデキストリン）

ゲスト分子： 取り込まれる分子

自己修復：損傷を受けた部分が、自然にもとにもどること。

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シクロデキストリン(CD)

4

(CH2CH)x-r-(CH2CH)y-r-(CH2CH-)z-

C=O

NH2

C=O

NH

C=O

NH

ホスト-ゲスト ゲル

b-CD

5

Self-Healing of Host-Guest Gel

Cut

After

24 Hours

4

6

(CH2CH)x-r-(CH2CH)y-r-(CH2CH-)z-

C=O

NH2

C=O

NH

CH2

NH

C=O

-(CHCH2)z

C=O

NH

ホストゲル

a-CD

b-CD

g-CD

(CH2CH)x-r-(CH2CH)y-r-(CH2CH-)z-

C=O

NH2

C=O

NH

CH2

NH

C=O

-(CHCH2)z

C=O

R

ゲストゲル

R = Ad (Adamantane)

n-Bu： (CH3CH2CH2CH2O-)

t-Bu ： CH3

CH3-C-O-

CH3

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ホストゲル

Harada, A. et. al Nat. Chem. 2011, 3, 34-37

Nature (Highlight), Chemistry World,

読売新聞、日経産業新聞、時事通信社、共同通信社など.

ゲストゲルとCDゲルの接着挙動

ゲストゲル

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Nature, 468, 479

25 November ,2011

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２種類のゲルの化学構造

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紫外光照射によるスイッチング

α-ＣＤ Gel （Blue）, β-ＣＤ Gel （Red）、 Azo Gel （Yellow） ）

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ゲストゲル

Pyゲル

ピレン 蛍光物質

有機溶剤（ジメチルスルホキシド

(DMSO)）と水の混合物中での集積

Yamaguchi et al.,Nat. Commun. 2012, 3, 603

朝日新聞、日本経済新聞、毎日新聞、NHKなど.

.

CDゲルとPyゲルの集積

DMSO/Wat

er

(1/1) bCDGel/PyG

el Zheng, Y. et al., Nat. Commun., 2012, 3, 831.

Newton (ニュートン), 2012, 9, 7. など

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CDポリマーとアゾベンゼンポリマーからなる 光応答性材料

ホストポリマーとゲストポリマーを部分的に架橋（化学架橋）

側鎖間の包接錯体の形成による可逆的架橋

→光により伸縮できるゲル完成 光刺激によって伸縮するヒドロゲル

13 Y. Takashima et al., Nat. Commun. 2012, 3.1270 Nakahata et. al., Nat. Commun. 2011, 2, 511

朝日新聞、毎日新聞、読売新聞など.

2 wt% ヒドロゲルキューブをカッターで切断

→ 切断面で接合 → 静置、自己修復能の確認

2 wt% sol.

(pH 9 buffer)

2 wt% sol.

(pH 9 buffer)

+

Supramolecular Hydrogel 接着を確認

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分子チューブ Nature,1993

Nature, 1994

ゾルーゲル 転移 Angew. Chem. 2006, 2007, 2010

Nature Asia, Highlight, 2010 Nature Commmun., 2012

Acc. Chem. 2009

Angew. Chem. 2011,

Nature, Highlight

JACS, 2005, 2006

Chem. Rev., 2009

Nature Commun., 2011

自己修復

人工重合酵素

Nature Chem., 2011

Nature Highlight, 2010

Angew. Chem. 2008, Hot Paper

巨視的自己組織化

分子認識スイッチング

形状記憶

人工筋肉

Nature Commun., 2012

光接着スイッチ

ポリロタキサン （分子ネックレス）

Nature, 1992

Nature Commun., 2012

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特許出願 •① •発明の名称 分子認識に基づいた物質材料の選択的接着法および自己組織化法

•特願番号 PCT/JP2011/070502（2011/9/8国際出願、公開番号WO2012/036069）

•日、米、独、英に出願 •出願人 国立大学法人大阪大学 • •② •発明の名称 自己修復性及び形状記憶性を有するゲル、及びその製造方法

•特願番号 2012-103460 •出願人 国立大学法人大阪大学

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想定される用途

•望むところだけに接着させることができる。

•組み合わせは無限である。

•何度も接着脱着を繰り返すことができる。

テープなどの接着脱着

「水」があっても接着可能→医療

「光」などの刺激により、接着脱着の制御可能

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将来可能性のある産業応用 ＜医療・バイオ分野＞

○細胞・組織固定材料 ○臓器癒着阻止材料 ○縫合代替材料 （強く接着する特徴と全く結合しない特徴 （つまり見分ける能力）が最も活きる材料として） ○ＤＤＳ材料 （ゲルである（いろいろな分子を内包可能である） ことと分子認識能がある （特異的に標的に結合する）ことの両者の特徴を利用して） ＜工学分野＞ ○センサー材料 （ミリからセンチのサイズで可視化できる特徴を利用して） ○プラスチック加工技術 （ゲルで接着・集合させて、後で乾燥させることで小さくて硬い集積体を作る）

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新技術の特徴

•これまでにハーバード大学ホワイトサイド教授らによる「毛管現象」,「電気的相互作用」,「磁石」による自己組織化が知られていたが、今回提案するのは、「分子認識」を用いてマクロな「もの」を接着するという手法を用いているのが特徴。

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従来技術との優位性・比較

•これまで実現できなかった「選択的接着」に成功。

•水中での接着脱着が可能。

•「光」「酸化還元」により接着脱着を制御。

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実用化に向けた課題

•現在、選択的な接着脱着が可能なところまで開発済み。しかし、厳密な調整法が未解決。

•今後より、簡便な製造法の開発が必要。

•実用化に向けて、より再現性のある製品の製造が必要。

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企業への期待

•未解決の簡便な調整法については、高分子反応の技術により克服できると考えている。

•新たな接着（生体内での利用を含めて）や自己修復機能に関心があり、合成技術がある企業との共同研究を希望。

•より高度な「刺激応答性自己修復機能」に展開可能。

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お問い合わせ先

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