京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

光学特性や電子特性を示すπ共役分子は、蛍光材料や有機半導体材料として有用な化合物であり、さらに、これらの機能性が分子同士の配向や会合状態に大きく左右されることが知られています。分子レベルでの配向や会合を精密に制御するために、本研究室では、π共役分子とポリマーの融合による機能性材料の開発を行っております。近年、多様な構造を持つポリマーの合成が可能となっており、適切な分子設計を行うことで、自己組織化に伴いナノメートルスケールの均一な構造体を簡便に構築することができます。この自己組織化とπ共役分子を融合することで、機能性の発現を外部刺激によってON／OFFすることができ、センサー材料やスイッチング材料への応用を検討しています。

■研究の概要

生物には階層的な表面構造により多様な機能を発現している例が多数あります。本研究では、トップダウン型のナノテクノロジーであるナノインプリント法とボトムアップ型の精密グラフト重合法を融合することで、階層的表面構造を有するフィルム材料を作製します。特徴の1つ目はナノインプリント法において貫通型陽極酸化ポーラスアルミナ（AAO）を用いる点です。この鋳型の細孔構造を転写することで、垂直固定化された多数のピラー構造からなるフィルムを作製できます。さらに2つ目の特徴は、作製したピラーフィルムに表面開始精密グラフト重合を施すことで、個々のピラー表面がポリマー鎖で修飾された階層的構造へと変換可能な点です。ピラーの直径や長さと面内配列、そしてグラフト修飾するポリマーの鎖長や化学構造（＝側鎖の機能基）を幅広く選択可能なため、構造設計次第で超撥水･撥油性、超親水性、接着性などを付与できると期待されます。さらに、グラフトポリマー鎖の構造設計により親水⇔疎水の反転など外部刺激応答性を付与することもできます。また、特異な階層的表面構造モルホロジーに基づく細胞培養材料としての可能性も有しています。

■研究の概要

無機素材（金属酸化物）の表面修飾は、ハイブリッド材料の創出のみならず、これらの素材に新規の表面機能性を付与する上でも大変有用です。さらに、素材と媒体との界面特性を制御できるため、例えば幅広い媒体（マトリックス）への分散性の向上にも役立ちます。具体的には、TiO2、SiO2、Fe3O4などに代表される各種金属酸化物をシランカップリング化合物や、新規に設計したホスホン酸化合物で修飾したのち、表面開始リビングラジカル重合を用いてグラフトポリマー鎖で修飾します。グラフトポリマーには種々の機能基を側鎖に担持することが可能であるとともに、精密重合の特長を活かして多成分系のブロックコポリマー型のグラフト鎖で表面修飾したり、化学的･物理的外部刺激に応答して表面特性が大きく変化するような材料を設計したりすることが可能となります。

■研究の概要

精密ラジカル重合の一つである可逆的付加開裂連鎖移動機構に基づくRAFT重合は、対象モノマーが広範囲であることや、極性溶媒中での重合など幅広い重合条件下において構造の明確なポリマーの精密合成が可能です。また、原子移動ラジカル重合（ATRP）とは異なり遷移金属触媒痕が生成物に残存することがないため、電子材料やバイオメディカル分野での利用に有効であると期待されます。一方、二種以上のモノマーのone-pot重合で得た共重合体においては、組成にバラツキがあると、組成の偏りによって溶解特性が異なるなど、実用的な観点からも問題が生じる場合があるため、組成が均一でかつ分子量分布の狭い多成分系共重合体の合成が重要です。本研究では、RAFT重合による組成均一共重合体の合成を目的としています。さらに、RAFT重合で得たポリマーは末端に連鎖移動剤であるRAFT剤の残基を有しているため、この官能基変換によって新たな末端官能性ポリマーを創出できると期待されます。

■研究の概要

有機ポリマーと無機物をハイブリッド化することで、有機ポリマーと無機物の特性を掛け合わせた材料を創り出すことができます。本研究では無機物として、生体活性を有するヒドロキシアパタイト（HAp）に注目し、有機ポリマーの表面を化学修飾したのちに、ヒト体液と同じ無機イオン濃度を有する水溶液（擬似体液，SBF）へ、常圧下、36.5℃で浸漬するという生体内反応に倣った手法を用いて、HApと汎用有機ポリマーとのハイブリッドを作製します。本研究においては、ハイブリッドの特性向上をねらいとして、有機ポリマーの表面グラフト化という表面修飾法を取り入れている点が大きな特色です。

■研究の概要

分子末端に種々の反応性基が導入されたポリマーならびにオリゴマーは、多分岐構造の組織構造体、表面が多数のポリマーブラシで覆われたコア－シェル型ポリマー微粒子、各種の刺激応答性ポリマーの創製に有用であるのみならず、汎用有機材料の表面改質や化学変換による高付加価値化においても重要な役割を果たす化合物です。本研究では、高次の機能発現を指向した先端有機材料のビルディングブロックとして、分子内の所定の部位に目的の反応性基や機能基を導入し、さらに分子量や分子量分布が制御されたポリマーを精密合成するとともに、機能特性評価を行うことを目的としています。