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ソフトマテリアルの応用展開

(2004年『ソフトマテリアルの新展開』普及版)

商品コード: B0919

  • 監修: 西敏夫
  • 発行日: 2010年4月
  • 価格(税込): 4,536 円
  • 体裁: A5判,302ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0193-8

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刊行にあたって

 ソフトマテリアルとは,高分子,ゲル,エラストマー,コロイド,ミセル,液晶,生体高分子などの総称で,金属,セラミックス,半導体などのハードマテリアルに対する概念である。学術的には比較的若く,しかも力強く発展している分野で,20世紀はハードマテリアルの時代であったが21世紀はソフトマテリアルの時代であるとも言われている。それは,21世紀では,生産から利用・リサイクルまでを含めた総合的な視点から環境などに与える負荷が少ない材料が求められているからである。ソフトマテリアルの特徴は,基礎的に見ると,多彩な相互作用により複雑な階層構造を形成し,特異な機能を発現する点にある。
 本書では,この広大なソフトマテリアルの科学技術のうち,異なる機能を持つ複数の分子ユニットを,水素結合や疎水性相互作用のような共有結合に比べ弱い相互作用を用いて強相関的に階層化させた材料を「強相関ソフトマテリアル」と呼び,その動的制御の最新成果を中心にまとめた。この分野は「強相関ソフトマテリアルの動的制御」として,2000年~2003年度の文部科学省科学研究費補助金 特定領域研究(A)に「21世紀型材料の実現をめざす―高機能性と環境適合性の真の調和」という副題の下に筆者を領域代表者として採択され,数々の成果を挙げて活発な研究が進展した。その一部は,機能材料24,2004年4月,5月号に特集して発表されている。この4年間に及ぶプロジェクトの実際の参加研究機関は,35を越え,研究者も105名,総予算は約11億円と大型のものであった。本書には,前記の特集号に入りきらなかった興味深い成果,特集号の限られたスペースに入りきらなかった成果等を中心に収めた。
 各論は,プロジェクトの各班の内容により,「動的制御のための非共有結合性相互作用の探索」,「水素結合を利用した階層構造の構築と機能化」,「複合機能の時空間制御」,「エントロピー制御と相分離リサイクル」からなる。やや理解しにくい名称となっているが,本書の内容を読破していただければ,我々の意図している事,その面白さなどがわかっていただけると思う。また,本書のような発想で大きなプロジェクトを組んだのは世界初であるが,この4年間で非常に多くの論文,特許,新聞発表などを行うことができただけでなく,この研究グループのなかから,主に若手研究者に与えられる日本IBM科学賞,高分子学会賞,Wiley高分子科学賞などの受賞者が続出している。また,ベンチャービジネス化が具体化している成果もいくつかある。
 本書の成果はこれで終了というものではなく,更に発展中のものが大部分である。本書が,化学,物理,材料工学だけでなく,環境工学,医用工学,機械工学など他の工学分野に飛躍的進展を促し,21世紀の人類社会の発展に向けた技術革新の原動力として持続可能な経済社会の発展に大きな貢献を果たすと堅く信ずるものである。
 最後に,このプロジェクトに協力していただいた大勢のメンバー,班友(30名),評価グループ(5名)その他関係者に深く感謝申し上げたい。
(「はじめに」より)

2004年11月  東京工業大学 西 敏夫

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『ソフトマテリアルの新展開』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2010年4月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

西 敏夫   東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授;同大学 工学部 高分子工学科 学科長
         (現)東北大学 原子分子材料科学高等研究機構 教授
三原久和   (現)東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生物プロセス専攻 教授
中村 聡   (現)東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生物プロセス専攻 教授
小畠英理   (現)東京工業大学 大学院生命理工学研究科 准教授
西出宏之   (現)早稲田大学 理工学術院 応用化学専攻 教授
小松晃之   (現)早稲田大学 理工学術院 理工学研究所 准教授
土田英俊   (現)早稲田大学名誉教授
畑中研一   (現)東京大学 生産技術研究所 教授
青井啓悟   (現)名古屋大学 大学院生命農学研究科 応用分子生命科学専攻 教授
小林範久   (現)千葉大学 大学院融合科学研究科 教授
加藤隆史   東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 教授
守山雅也   東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 助手
         (現)大分大学 工学部 応用化学科 准教授
岸本健史   東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻
上川裕子   東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻
野島高彦   (現)北里大学 一般教育部 自然科学教育センター 化学単位 講師
大塚圭一   九州大学 大学院工学府 化学システム工学専攻 大学院生
脇 道典   九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 研究員
竹中繁織   (現)九州工業大学 大学院工学研究院 物質工学研究系 応用化学部門
大野弘幸   (現)東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 教授
向井知大   東京農工大学 大学院共生科学技術研究部 ナノ未来科学研究拠点;(独)日本学術振興会 特別研究員
         (現)慶應義塾大学 文学部 化学教室 助教(有期)(自然科学)
山田哲弘   (現)千葉大学 教育学部 教授
竹岡敬和   (現)名古屋大学 大学院工学研究科 准教授
宮田隆志   (現)関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授
英 謙二   (現)信州大学 大学院総合工学系研究科 教授
松下裕秀   (現)名古屋大学 大学院工学研究科 教授・副総長
高野敦志   (現)名古屋大学 大学院工学研究科 化学・生物工学専攻 准教授
宮田貴章   (現)京都工芸繊維大学 大学院高分子機能工学部門 教授
高橋良彰   (現)九州大学 先導物質化学研究所 准教授
宍戸 厚   東京工業大学 資源化学研究所 高分子材料部門 助手
         (現)東京工業大学 資源化学研究所 准教授
池田富樹   (現)東京工業大学 資源化学研究所 所長・教授
折原 宏   (現)北海道大学 大学院工学研究科 応用物理学専攻 教授
川勝年洋   東北大学 大学院理学研究科 物理学専攻 教授
高原 淳   (現)九州大学 先導物質化学研究所 教授
石田英臣   九州大学 大学院工学府 修士課程
古賀智之   九州大学 大学院工学府 後期博士課程
森田正道   九州大学 大学院工学府 後期博士課程
柴山充弘   (現)東京大学 物性研究所 教授
陣内浩司   (現)京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 准教授;東北大学 原子分子材料科学高等研究機構 連携教授
塩見友雄   (現)長岡技術科学大学 工学部 物質・材料系 教授
竹下宏樹   (現)長岡技術科学大学 工学部 物質・材料系 助教
伊藤耕三   東京大学 大学院新領域創成科学研究科 教授
井上 隆   山形大学 工学部 機能高分子工学科 教授

 執筆者の所属表記は、注記以外は2004年当時のものを使用しております。

目次

【第I編 動的制御のための非共有結合性相互作用の探索】
第1章 ソフトマテリアルとしてのタンパク質・ペプチド
1. はじめに
2. 極限環境微生物に由来する機能性タンパク質
2.1 好熱性微生物に由来するアミノ酸生合成系酵素
2.2 好アルカリ性微生物に由来する多糖加水分解酵素
2.3 極限環境微生物タンパク質研究の将来展望
3. ユニット連結による高機能タンパク質材料の創出
3.1 疎水性分子認識タンパク質材料
3.2 耐熱性タンパク質材料
4. ペプチドナノ組織化構造体
4.1 ファイバーペプチドのデザイン
4.2 構造相補的に組織化するペプチドファイバー
4.3 ペプチドファイバーの機能化

第2章 疎水ポルフィリン組織体の構築と酸素の運搬
1. はじめに
2. 組換えアルブミンに鉄ポルフィリンを包接させた合成ヘムタンパク質(人工酸素運搬体)
3. 耐熱タンパク質-疎水性鉄ポルフィリン複合体からなる多機能ヘムタンパク質
4. ポルフィリンキャップの構築とリサイクラビリティー
5. おわりに

第3章 生体分子を有するポリマーを利用した新規細胞接着基質
1. はじめに
2. 糖転移酵素と糖鎖の生合成
3. 多点認識とクラスター効果
4. 糖とヌクレオシドを有するポリマーの合成
5. 細胞表面の糖転移酵素
6. ヌクレオシドや糖を有するポリマーの細胞表面糖転移酵素による認識と細胞接着,細胞移動
7. おわりに

第4章 ソフトマテリアルのバイオリサイクル制御
1. はじめに
2. ポリマーブレンドによるソフトマテリアル
3. バイオリサイクル
4. バイオポリマーハイブリッド―生体高分子を含むポリマーブレンド―
5. 結晶性高分子ブレンド
6. 相互侵入球晶構造とバイオリサイクル速度依存性
7. 偏光顕微鏡による相互侵入球晶近傍の分解挙動の観察
8. おわりに

第5章 DNA/ポリアニリン強相関ソフトマテリアルの構築と光電機能
1. はじめに
2. 光電機能材料としてのDNA
3. DNA/ポリアニリン強相関ソフトマテリアルの構造
4. DNA/ポリアニリン強相関ソフトマテリアルの光電機能
5. 将来展望

【第II編 水素結合を利用した階層構造の構築と機能化】
第6章 水素結合の動的制御による強相関ソフトマテリアルの構築
1. はじめに
2. 液晶物理ゲル
2.1 水素結合性ナノファイバー/液晶複合体
2.2 高速電場応答性液晶物理ゲル
2.3 光散乱型電場応答性液晶ゲル
2.4 光応答性液晶ゲル
3. イオン伝導性液晶
4. 液晶性葉酸誘導体:イオン刺激による集合構造制御

第7章 水素結合を利用したサーフェースエンジニアリング
1. はじめに
2. ペプチド-ヌクレオチドコンジュゲートを用いた生体分子間相互作用解析法
3. ペプチド-ヌクレオチドコンジュゲートの鎖置換反応を利用した生体分子間相互作用スクリーニング法

第8章 不揮発性高速プロトン伝導液体の設計
1. はじめに
2. プロトン伝導の要件
3. イオン液体の自己組織化とイオン伝導度の異方性
4. 2-長鎖アルキルイミダゾール/プロトン酸複合体の相転移挙動のアニオン種依存性
5. イオン伝導特性
6. プロトン欠陥との複合化
7. おわりに

第9章 階層構造化法による柔軟な超分子フィルムの作製
1. はじめに
2. 階層構造化
2.1 分子間相互作用の階層化
2.2 作用の階層化と固体構造
3. 超分子フィルムの形成
3.1 キャスト法
3.2 LB法
3.3 プレス法
4. おわりに

第10章 ソフトマテリアルによる構造の記憶と機能の発現
1. はじめに
2. ゲルの体積相転移の発見
3. コイル-グロビュール転移の証明
4. ゲルの多重相の発見とタンパク質の折れ畳み問題への挑戦
5. ヘテロポリマーの一次配列の重要性
6. フラストレーション概念の導入
7. 分子刷り込み法によるコンフォメーションの記憶

第11章 生体分子間相互作用を利用したバイオコンジュゲートマテリアルのスマート機能
1. はじめに
2. 分子間相互作用を利用したスマートゲルの分子認識応答機能
2.1 分子間相互作用を利用したスマートゲルの設計コンセプト
2.2 生体分子架橋ゲルの分子認識応答機能
2.3 分子インプリントゲルの分子認識応答機能
3. 分子間相互作用を利用したソフトマテリアルによる生体膜類似物質輸送
3.1 静電相互作用を利用した高分子膜による生体膜類似物質輸送
3.2 水素結合を利用した高分子膜による生体膜類似物質輸送
4. おわりに

第12章 ゲル化駆動部位を結合させたポリマー型有機ゲル化剤の開発
1. はじめに
2. 低分子ゲル化剤の特徴
3. ポリマー型有機ゲル化剤の開発
3.1 ゲル化駆動セグメント
3.2 ポリマー型有機ゲル化剤
4. おわりに

【第III編 複合機能の時空間制御】
第13章 共重合体の精密構造制御によるモルフォロジー制御の新展開
1. はじめに
2. 試料の合成と分子特性評価
2.1 SP2,I2S3グラフト共重合体
2.2 SI環状ブロック共重合体
2.3 ISPT,ISPI四元共重合体
2.4 S1.0I1.0Px星型共重合体
3. フィルム調製とモルフォロジー観察
4. モルフォロジーの特徴―分子の結合性に注目して―
4.1 AB2型,A2B3型グラフト共重合体
4.2 AB環状ブロック共重合体
4.3 ABCD,ABCA四元ブロック共重合体
4.4 ABC星型共重合体
5. おわりに

第14章 光反応を利用したポリマーブレンドの相分離の時空間制御
1. はじめに
2. ポリマーブレンドの相分離現象
2.1 非反応系の相分離
2.2 反応系の相分離(モードセレクションの例)
3. 高分子混合系における反応誘起相分離の例
3.1 相互侵入高分子網目(IPNs)と階層構造の創成・制御
3.2 相分離の時空間制御(spatio-temporal control)
3.2.1 空間変調の紫外光に誘起されたポリマーブレンドの相分離現象
3.2.2 時間変調の紫外光に誘起されたポリマーブレンドの相分離現象
4. おわりに

第15章 ずり流動による高分子複雑液体のドメイン構造制御
1. はじめに
2. 非相溶混合系
2.1 概要
2.2 ヒステリシス現象
3. 流動下の中性子小角散乱測定
3.1 非相溶ポリオレフィン混合系の流動下の構造
3.2 2元ブロック共重合体溶液の構造に対するずりの影響

第16章 フォトクロミック液晶高分子を用いたブラッグ型高回折効率ホログラム
1. はじめに
2. ホメオトロピック配向性厚膜を用いたブラッグ型ホログラム
3. 透明光応答性厚膜の高効率ブラッグ型ホログラム
4. おわりに

第17章 非相溶高分子混合流体における構造と電気粘性効果
1. はじめに
2. 非相溶高分子混合系電気粘性流体
3. 共焦点レーザー蛍光顕微鏡を用いた構造観察法
4. 観察結果
4.1 タイプIブレンドにおけるネットワーク構造の形成
4.2 タイプIIブレンドにおける層の形成
4.3 タイプIブレンドにおける動的構造の観察と解析
4.4 タイプIブレンドにおけるピエゾ・アクチュエーターを用いた観察
5. おわりに

第18章 自己無撞着場理論を用いた高分子多相系の動的制御
1. はじめに
2. 高分子多相系の相分離の相挙動と動力学
3. 自己無撞着場理論の概要
4. 多成分系の複雑な相図の理論予測
5. 動力学への拡張
6. SCF理論の種々の拡張
7. おわりに

第19章 高分子超薄膜の表面ダイナミクスと表面機能特性の二次元制御
1. はじめに
2. 化学気相吸着と真空紫外光リソグラフィーによる3成分系有機シランナノ薄膜の調製
3. 多成分系有機シランナノ薄膜の表面構造
4. 2成分系有機シランナノ薄膜の濡れ特性と摩擦特性の異方性
5. 高分子薄膜の局所製膜
6. おわりに

【第IV編 エントロピー制御と相分離リサイクル】
第20章 ゲルの網目構造の制御
1. はじめに
2. ゲルの調製
3. ゲルの網目構造と不均一性
4. さまざまなゲルの網目構造制御
4.1 モノマー架橋ゲルとポリマー架橋ゲル
4.2 調製条件による架橋構造の制御
4.3 トポロジカルゲル
4.4 オイルゲル化剤
4.5 ナノコンポジットゲル
5. おわりに

第21章 産業用ソフトマテリアルの新規評価・解析方法の現状
1. はじめに
2. 高分子ブロック共重合体ミクロ相分離構造(ナノ構造)の三次元電子顕微鏡による観察
3. 高分子/粘土ナノコンポジットの三次元電子顕微鏡による観察
4. 将来展望

第22章 ブロック共重合体における結晶相を含むミクロ相構造の制御
1. はじめに
2. 結晶性-非晶性ブロック共重合体の相構造形成と結晶化挙動
2.1 結晶性ブロック共重合体の相構造形成
2.2 ミクロ相分離構造下からの結晶化挙動
3. 結晶性-結晶性ブロック共重合体の結晶化における成分鎖間の競合と高次構造形成
4. おわりに

第23章 トポロジカルゲル
1. はじめに
2. 環動ゲルの作成法
3. 膨潤収縮挙動
4. 応力-伸長曲線
5. 小角中性子散乱パターン
6. 準弾性光散乱
7. 環動ゲルの応用

第24章 リアクティブプロセシングによる強相関系複合ポリマーの新材料設計
1. はじめに
2. 昜架橋性の付与による耐熱変形性の向上
3. 熱可塑性プラストマー
4. スーパーエンジニアリングプラスチックへの応用
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