ハイドロゲルと呼ばれる、微細構造の柔らかく柔軟で拡張可能な材料を製造するための新しいオプションが、東京農工大学 (TUAT) の研究者によって開発されました。 彼らの研究は、パターンを薄膜に切り込み、後で膨張させて複雑なヒドロゲル構造にする「切り紙ヒドロゲル」の新興分野を拡張するものである。 この研究は、Science and Technology of Advanced Materials 誌に掲載されています。
ハイドロゲルの切り紙パターン（上）と乾燥状態から膨潤したハイドロゲル（下）。 画像提供：東京農工大学
ヒドロゲルは水を引き寄せる (親水性) 分子のネットワークを持っており、分子ネットワーク内に組み込まれる水にさらされると構造が大幅に膨張します。 研究者の中川大介氏と花崎逸夫氏は、植物の細胞壁の構造の大部分を形成する天然素材であるセルロースのナノファイバーで構成される最初は乾燥したフィルムを研究しました。
彼らは、水を加えてフィルムを膨潤させる前に、レーザー加工を使用してフィルムに構造を切り込みました。 切紙文様は縦方向に伸ばすと幅が広がる「オーゼティック性」という特殊な模様が備わっています。 このオーゼティック特性は、元の薄膜が濡れているときに厚さが十分に増加する場合に現れます。
「切り紙とは文字通り紙を切り取ったデザインを意味しており、もともとは薄いシート状の構造物を意図していました。 一方、二次元膨張機構はシートの厚みが十分にある場合に発現し、使用時の膨潤によりハイドロゲル構造の三次元性が発現します。 ハイドロゲルの含水率を同じレベルに保つよりも、使用前に乾燥した状態で保管する方が便利です。」 と花咲さんは言う。 「さらに、オーセティック性は、ヒドロゲルの適応変形を引き起こし、別の構造状態に到達させる周期的荷重中も維持されます。 それはインテリジェントな材料の設計にとって重要になるでしょう。」
適応性ハイドロゲルの潜在的な用途には、ロボット技術のソフトコンポーネントが含まれており、これにより、ロボットが操作している物体と相互作用する際に柔軟に反応できるようになります。 また、ソフト スイッチやセンサー コンポーネントに組み込まれる場合もあります。 ヒドロゲルは、組織工学、創傷被覆材、薬物送達システム、動きや成長に柔軟に適応できる材料などの医療用途でも研究されています。 TUAT チームが達成した切り紙ハイドロゲルの進歩により、将来のハイドロゲル用途の選択肢が大幅に広がります。
「環境条件への適応性を示しながら設計上の特性を維持することは、多機能性の発現に有利です。」 花咲はこう締めくくった。
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#セルロースフィルムから生まれる切紙ハイドロゲル
2024-04-15 12:30:00