創発生体関連ソフトマター研究チーム

主宰者

主宰者名 石田 康博 Yasuhiro Ishida
学位 博士（工学）
役職 チームリーダー
略歴
2001東京大学大学院工学系研究科化学生命工学専攻 博士課程修了
2001同 新領域創成科学研究科先端生命科学専攻 助手
2002同 工学系研究科化学生命工学専攻 助手
2007同 講師
2007科学技術振興機構 さきがけ研究員
2009理化学研究所 複合ソフトマテリアル研究チーム チームリーダー
2010同 生体模倣材料研究チーム チームリーダー
2013同 創発物性科学研究センター 超分子機能化学部門 創発生体関連ソフトマター研究チーム チームリーダー （現職）

研究室概要

当チームでは、水を主原料とするプラスチック代替マテリアル「アクアマテリアル」の開発に取り組む。さらにアクアマテリアルの構成要素や界面を巧みにデザインすることにより「誰もがどこへでも持ち運べる水」ゆえの特徴を活かした新機能を探求する。具体的には、より多様な物質をアクアマテリアルの構成要素として用いることにより、さらなる材料特性の向上を実現し、真の環境無負荷材料としての潜在能力を実証することを目指す。加えて、アクアマテリアルを土台として用い、ここに動的/静的機能が同調する分子集合体を複合化することにより、生体に倣い、なおかつ自在に設計することができる新規なソフトマテリアルを開拓する。

研究分野

化学、材料科学

キーワード

自己組織化
生体模倣
ソフトマテリアル
刺激応答材料
環境低負荷材料

研究紹介

ナノシート間の静電反発力を利用し、異方的に補強されたヒドロゲル材料

－ 層に垂直方向の荷重に耐え、水平方向に変形。防振材料などへの応用に期待 －

電気的・磁気的な「反発力」を利用した、リニアモーターや磁気ベアリングなどの装置は、「引力」を利用するだけでは得られない特別な性能を発揮する。これに対し、ゴムやプラスチックなどの高分子材料では、構成要素間の「引力」を強めることで強度向上が図られるものの、「反発力」を利用する試みは全く行われてこなかった。一方、動物の関節軟骨は、高密度の負電荷を帯びた高分子で構成され、その静電的な「反発力」により、高い耐荷重性と低摩擦性とを両立している。

我々は、水中に分散したイオン性の酸化チタンナノシートに磁場を印加すると、全てのナノシートが磁場に対して垂直に配向し、ナノシート同士が互いに面と面を向き合わる結果、ナノシート間に巨大かつ異方的な静電反発力が現れることを見出した。この水分散液をゲル化すると、異方的な静電反発力を内包したヒドロゲル材料が得られる。この材料は、縦方向の荷重に耐えつつ、横方向には容易に変形するという、通常の材料では実現しにくい特異な力学物性を示し、防振材料として優れた性能を発揮する。

今回の発見は、これまで全く省みられなかった「反発力」が、構造材料の力学物性を制御する上で極めて有用であることを実証したもので、今後の材料設計に大きな影響を与えると期待される。

異方的な静電反発力を内包したヒドロゲル

メンバー一覧

石田 康博 Yasuhiro Ishida

 チームリーダー y-ishida[at]riken.jp R

山田 邦代 Kuniyo Yamada

 専門技術員

内田 紀之 Noriyuki Uchida

 特別研究員

Krishnachary Salikolimi

 特別研究員

Xiang Wang

 特別研究員

佐野 航季 Koki Sano

 基礎科学特別研究員

堀本 訓子 Noriko Horimoto

 テクニカルスタッフI

Zhifang Sun

 客員研究員

Prathap Annamalai

 訪問研究員

Yiyang Zhan

 訪問研究員

金井 逸人 Hayato Kanai

 大学院生リサーチ・アソシエイト

Shuxu Wang

 大学院生リサーチ・アソシエイト

Zhihao Li

 研修生

Jungho Lee

 研修生

研究紹介記事