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【特集】 表面・界面の改質・機能化による高機能性材料の創製
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細胞接着とその機能を制御する表面機能化技術
Control of Cell Behavior by Surface Functionalization
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大塚英典(東京理科大学 理学部第一部 応用化学科 准教授)
一般に,生体に対する人工材料の生体適合性を考えるうえで,材料表面と生体組織間に生じる界面現象は重要な要素となってくる。本稿では,これら現象を構成する因子の系統的制御とそこから得られる知見の生体材料としての応用展開を紹介する。
【目次】
1. はじめに―表面のナノ構造と細胞接着
2. 生体物質との親和性を抑制する表面
2.1 細胞のパターン化培養を可能とする材料基板
2.2 3次元培養
3. 生体物質との親和性を促進する表面
4. おわりに
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分子性多孔質結晶に閉じ込められた低次元水分子クラスターの構造と性質
Dynamics of Low-dimensional Water Molecular Clusters Confined to Molecule-based Porous Crystal
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田所 誠(東京理科大学 理学部化学科 教授;界面科学研究センター ナノスペースグループ長)
分子構築素子を用いたナノポーラスな多孔質をもつ単結晶中に巨大な1次元水分子クラスターを閉じ込めることに成功した。この水分子クラスターは,それ自身で融解.凝固の相転移挙動をもち,可逆に凍ったり溶けたりすることができる。今回,この1次元水分子クラスターの溶けた状態の第1水和層の構造を明らかに,しかもナノ細孔の界面の影響を大きく受けたダイナミクスをもつことがわかった。このクラスターは非常に大きなプロトン伝導性をもち,さらに凍った状態の水分子クラスターの特徴や性質についても述べる。
【目次】
1. ナノメートルサイズの閉じ込められた水に関する問題
2. 分子性多孔質結晶の自己組織化
3. ウォーターナノチューブの構造とダイナミクス
4. アイスナノチューブの構造
5. 中性子散乱スペクトル
6. WNTのプロトン伝導
7. おわりに
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高分子基材の表面機能化を活用した有機-無機ハイブリッドの創製
Creation of Organic-Inorganic Hybrids by Utilizing Surface Functionalization of Polymer-based Materials
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橋詰峰雄(東京理科大学 工学部第一部 工業化学科 講師)
汎用高分子の無機成分とのハイブリッド化は,それら高分子の新たな用途の開拓につながるものである。本稿では,表面不活性な汎用高分子基材表面への無機成分薄膜層のハイブリッド化において考慮すべき点について述べるとともに,筆者らによる高分子基材の新規表面改質法およびそれらを利用したハイブリッド化に関する研究例を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 有機-無機ハイブリッドの作製法
3. 高分子基材の表面修飾を利用した有機-無機ハイブリッドの作製
3.1 従来の高分子基材の表面改質法
3.2 タンパク質を利用したポリスチレン基板の表面改質
3.3 超臨界流体を利用したポリテトラフルオロエチレン基板の表面改質
3.4 リンカー高分子超薄層を利用したポリイミドフィルムの表面改質
4. おわりに
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ダイヤモンドの表面・界面機能化と高機能材料への応用
Surface-modified Diamond for Highly Functional Materials
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近藤剛史(東京理科大学 理工学部 工業化学科 助教)
ダイヤモンド表面を機能化する方法として,共有結合単分子膜による表面修飾法について解説する。また,その応用例として,ダイヤモンド固体酸の作製や表面修飾ダイヤモンド電極によるシュウ酸および過酸化水素の高感度検出について紹介する。さらに,多孔質電極としての導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の作製についても述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 単分子層によるダイヤモンドの表面修飾
3. ダイヤモンド固体酸
4. 4級アンモニウム基終端ダイヤモンド電極のシュウ酸検出への応用
5.金属錯体修飾ダイヤモンド電極の作製と過酸化水素検出への応用
6.導電性ダイヤモンド中空ファイバーの作製
7. おわりに
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長鎖アミドアミン誘導体の刺激応答特性とソフトテンプレート機能
External Stimuli Responsive Properties and Soft Template Function of Long-chain Amidoamine Derivatives
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河合武司(東京理科大学 工学部 工業化学科 教授)
森田くらら(東京理科大学 工学部 工業化学科 博士課程3年 特別研究員DC2)
伊村芳郎(東京理科大学 工学部 工業化学科 博士課程3年 特別研究員DC2)
表面・界面制御機能をもつ両親媒性化合物はソフトマテリアルとして機能するが,高性能・高機能なソフトマテリアルを得るには超分子化する必要がある。比較的簡単な分子構造をもつ長鎖アミドアミン誘導体でも多機能なソフトマテリアルとして働き,超分子と同等以上の機能を発現する。ここでは,複雑な化合物を合成することなく簡単な両親媒性化合物も,うまく分子設計すれば望みのソフトマテリアル機能を付与できることを述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 低分子ゲル化剤機能
3. 感温性ゲル
4. ナノ粒子の相間移動と結晶面の相違による分離
5.極細金ナノワイヤの合成
6. おわりに
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ミクロ相分離型有機無機複合技術による表面機能材料の創製
Creation of Functional Coating Materials by Micro-phase Separation of Organic-Inorganic Composite Materials
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高木斗志彦(三井化学(株) 研究本部 マテリアルサイエンス研究所 先端技術ユニットリーダー)
ハイブリッド化をめざす有機無機ナノ複合材料の開発思想に対して,有機と無機を数十ナノメートルからマイクロメートルのオーダーで意図的に相分離構造を形成・制御することによって機能を引き出す材料コンセプトに基づいて開発された,ガスバリア性ハードコート膜,光拡散フィルム,超親水性材料について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ガスバリア性ハードコート材料
2.1 PVA/PAA.シリカ系ナノコンポジットコート材料
2.2 PVA/PAA.シリカナノコンポジットコート膜の特性
2.3 ナノ相分離構造と酸素バリア性の関係
3. 光拡散フィルム
3.1 PVA/PAA.疎水性シリカ材料
3.2 PMMA.シリカ表面多孔フィルム
4.超親水性材料
5. おわりに
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人工腎臓用分離膜の表面機能化
Surface Functionalization of Hemodialysis Membrane
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上野良之(東レ(株) 先端材料研究所 先端医療材料研究ユニット)
藤田雅規(東レ(株) 先端材料研究所 先端医療材料研究ユニット)
菅谷博之(東レ(株) 先端材料研究所 先端医療材料研究ユニット)
慢性腎不全患者に対して生体腎の代替に血液透析器と呼ばれる人工腎臓を用いた治療が広く行われている。人工腎臓に用いられる分離膜は,優れた分画特性および膜表面の親水性化が要望されている。本稿では,親水性ポリマーの周囲に存在する水(吸着水)に着目し,親水性ポリマーを単分子層に近いナノレベルで膜表面に均一に配置させることで,血液成分の付着を抑制した新規人工腎臓用分離膜について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 膜表面の微細構造
3. 表面の親水性化
3.1 親水性化表面
3.2 親水性ポリマー近傍の水の状態と血小板付着
3.3 親水性ポリマーの表面被覆状態と血小板付着
3.4 表面改良を施した新規人工腎臓の特性
4.おわりに
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連載講座 高活性安定化添加剤の創造と開発をめざして(4)
chap.1 酸素の功罪と自動酸化
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活性酸素の働きに関する考察
A Study of the Action of Reactive Oxygen Species
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大勝靖一(工学院大学名誉教授)
現在提案されている4 つの活性酸素O2・-,H2O2,1O2,HO・の生体における基本的な作用を再考してみたい。基底状態で一重項状態のH2O2,1O2 と二重項状態(ラジカル)のO2・-,HO・とでは化学的に反応性がまったく異なる。前者の活性酸素は当量反応で終わるが,後者では連鎖機構により停止反応にたどり着くまで反応が進む可能性がある。
【目次】
1. はじめに
2. 生体内での活性酸素
3. 人間が自前で無害化できる活性酸素―O2・-,H2O2
4.人間が自前で無害化できない活性酸素
4.1 一重項酸素
4.2 ヒドロキシラジカル
5.活性酸素の再考
5.2 ヒドロペルオキシドの遷移金属による分解
5.1 ヒドロペルオキシドの熱・光分解
6.おわりに
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連載 触媒からみる化学工業の未来(28)
グリセロールの燃料としての利用触媒
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室井髙城(アイシーラボ代表;早稲田大学 招聘研究員;神奈川大学 非常勤講師)
グリセロールは,天然油脂がバイオディーゼルとしてFAMEに転換されて利用されると,副生成物として大量に生産されると考えられている。グリセロールの精製コストは,FAMEの製造方法により大きく異なる。輸送費のコストも考慮すると,グリセロールは油脂の生産地でFAME の原料や燃料に加工することが有利かもしれない。
【目次】
1. グリセリンの市況
2. グリセロールから水素の製造
2.1 グリセロールの改質
2.2 希薄グリセロールからの水素製造
3. グリセロールの水素化によるメタノールの合成
4. グリセロールからのオクタン価向上剤の製造
5. グリセロールの燃料利用
6. おわりに
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ケミカルプロフィル
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コハク酸
(Succinic acid)
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【目次】
(1) 概要
(2) 毒性
(3) 製法
(4) 生産
(5) 需要
(6) 価格
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ヘキサメチレンジイソシアネート
(Hexamethylene diisocyanate)
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【目次】
(1) 概要
(2) 毒性
(3) 製法
(4) 生産
(5) 需要
(6) 価格
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ニュースダイジェスト
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海外編
国内編
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細胞接着とその機能を制御する表面機能化技術
Control of Cell Behavior by Surface Functionalization
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大塚英典(東京理科大学 理学部第一部 応用化学科 准教授)
一般に,生体に対する人工材料の生体適合性を考えるうえで,材料表面と生体組織間に生じる界面現象は重要な要素となってくる。本稿では,これら現象を構成する因子の系統的制御とそこから得られる知見の生体材料としての応用展開を紹介する。
【目次】
1. はじめに―表面のナノ構造と細胞接着
2. 生体物質との親和性を抑制する表面
2.1 細胞のパターン化培養を可能とする材料基板
2.2 3次元培養
3. 生体物質との親和性を促進する表面
4. おわりに
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分子性多孔質結晶に閉じ込められた低次元水分子クラスターの構造と性質
Dynamics of Low-dimensional Water Molecular Clusters Confined to Molecule-based Porous Crystal
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田所 誠(東京理科大学 理学部化学科 教授;界面科学研究センター ナノスペースグループ長)
分子構築素子を用いたナノポーラスな多孔質をもつ単結晶中に巨大な1次元水分子クラスターを閉じ込めることに成功した。この水分子クラスターは,それ自身で融解.凝固の相転移挙動をもち,可逆に凍ったり溶けたりすることができる。今回,この1次元水分子クラスターの溶けた状態の第1水和層の構造を明らかに,しかもナノ細孔の界面の影響を大きく受けたダイナミクスをもつことがわかった。このクラスターは非常に大きなプロトン伝導性をもち,さらに凍った状態の水分子クラスターの特徴や性質についても述べる。
【目次】
1. ナノメートルサイズの閉じ込められた水に関する問題
2. 分子性多孔質結晶の自己組織化
3. ウォーターナノチューブの構造とダイナミクス
4. アイスナノチューブの構造
5. 中性子散乱スペクトル
6. WNTのプロトン伝導
7. おわりに
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高分子基材の表面機能化を活用した有機-無機ハイブリッドの創製
Creation of Organic-Inorganic Hybrids by Utilizing Surface Functionalization of Polymer-based Materials
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橋詰峰雄(東京理科大学 工学部第一部 工業化学科 講師)
汎用高分子の無機成分とのハイブリッド化は,それら高分子の新たな用途の開拓につながるものである。本稿では,表面不活性な汎用高分子基材表面への無機成分薄膜層のハイブリッド化において考慮すべき点について述べるとともに,筆者らによる高分子基材の新規表面改質法およびそれらを利用したハイブリッド化に関する研究例を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 有機-無機ハイブリッドの作製法
3. 高分子基材の表面修飾を利用した有機-無機ハイブリッドの作製
3.1 従来の高分子基材の表面改質法
3.2 タンパク質を利用したポリスチレン基板の表面改質
3.3 超臨界流体を利用したポリテトラフルオロエチレン基板の表面改質
3.4 リンカー高分子超薄層を利用したポリイミドフィルムの表面改質
4. おわりに
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ダイヤモンドの表面・界面機能化と高機能材料への応用
Surface-modified Diamond for Highly Functional Materials
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近藤剛史(東京理科大学 理工学部 工業化学科 助教)
ダイヤモンド表面を機能化する方法として,共有結合単分子膜による表面修飾法について解説する。また,その応用例として,ダイヤモンド固体酸の作製や表面修飾ダイヤモンド電極によるシュウ酸および過酸化水素の高感度検出について紹介する。さらに,多孔質電極としての導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の作製についても述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 単分子層によるダイヤモンドの表面修飾
3. ダイヤモンド固体酸
4. 4級アンモニウム基終端ダイヤモンド電極のシュウ酸検出への応用
5.金属錯体修飾ダイヤモンド電極の作製と過酸化水素検出への応用
6.導電性ダイヤモンド中空ファイバーの作製
7. おわりに
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長鎖アミドアミン誘導体の刺激応答特性とソフトテンプレート機能
External Stimuli Responsive Properties and Soft Template Function of Long-chain Amidoamine Derivatives
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河合武司(東京理科大学 工学部 工業化学科 教授)
森田くらら(東京理科大学 工学部 工業化学科 博士課程3年 特別研究員DC2)
伊村芳郎(東京理科大学 工学部 工業化学科 博士課程3年 特別研究員DC2)
表面・界面制御機能をもつ両親媒性化合物はソフトマテリアルとして機能するが,高性能・高機能なソフトマテリアルを得るには超分子化する必要がある。比較的簡単な分子構造をもつ長鎖アミドアミン誘導体でも多機能なソフトマテリアルとして働き,超分子と同等以上の機能を発現する。ここでは,複雑な化合物を合成することなく簡単な両親媒性化合物も,うまく分子設計すれば望みのソフトマテリアル機能を付与できることを述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 低分子ゲル化剤機能
3. 感温性ゲル
4. ナノ粒子の相間移動と結晶面の相違による分離
5.極細金ナノワイヤの合成
6. おわりに
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ミクロ相分離型有機無機複合技術による表面機能材料の創製
Creation of Functional Coating Materials by Micro-phase Separation of Organic-Inorganic Composite Materials
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高木斗志彦(三井化学(株) 研究本部 マテリアルサイエンス研究所 先端技術ユニットリーダー)
ハイブリッド化をめざす有機無機ナノ複合材料の開発思想に対して,有機と無機を数十ナノメートルからマイクロメートルのオーダーで意図的に相分離構造を形成・制御することによって機能を引き出す材料コンセプトに基づいて開発された,ガスバリア性ハードコート膜,光拡散フィルム,超親水性材料について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. ガスバリア性ハードコート材料
2.1 PVA/PAA.シリカ系ナノコンポジットコート材料
2.2 PVA/PAA.シリカナノコンポジットコート膜の特性
2.3 ナノ相分離構造と酸素バリア性の関係
3. 光拡散フィルム
3.1 PVA/PAA.疎水性シリカ材料
3.2 PMMA.シリカ表面多孔フィルム
4.超親水性材料
5. おわりに
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人工腎臓用分離膜の表面機能化
Surface Functionalization of Hemodialysis Membrane
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上野良之(東レ(株) 先端材料研究所 先端医療材料研究ユニット)
藤田雅規(東レ(株) 先端材料研究所 先端医療材料研究ユニット)
菅谷博之(東レ(株) 先端材料研究所 先端医療材料研究ユニット)
慢性腎不全患者に対して生体腎の代替に血液透析器と呼ばれる人工腎臓を用いた治療が広く行われている。人工腎臓に用いられる分離膜は,優れた分画特性および膜表面の親水性化が要望されている。本稿では,親水性ポリマーの周囲に存在する水(吸着水)に着目し,親水性ポリマーを単分子層に近いナノレベルで膜表面に均一に配置させることで,血液成分の付着を抑制した新規人工腎臓用分離膜について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 膜表面の微細構造
3. 表面の親水性化
3.1 親水性化表面
3.2 親水性ポリマー近傍の水の状態と血小板付着
3.3 親水性ポリマーの表面被覆状態と血小板付着
3.4 表面改良を施した新規人工腎臓の特性
4.おわりに
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連載講座 高活性安定化添加剤の創造と開発をめざして(4)
chap.1 酸素の功罪と自動酸化
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活性酸素の働きに関する考察
A Study of the Action of Reactive Oxygen Species
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大勝靖一(工学院大学名誉教授)
現在提案されている4 つの活性酸素O2・-,H2O2,1O2,HO・の生体における基本的な作用を再考してみたい。基底状態で一重項状態のH2O2,1O2 と二重項状態(ラジカル)のO2・-,HO・とでは化学的に反応性がまったく異なる。前者の活性酸素は当量反応で終わるが,後者では連鎖機構により停止反応にたどり着くまで反応が進む可能性がある。
【目次】
1. はじめに
2. 生体内での活性酸素
3. 人間が自前で無害化できる活性酸素―O2・-,H2O2
4.人間が自前で無害化できない活性酸素
4.1 一重項酸素
4.2 ヒドロキシラジカル
5.活性酸素の再考
5.2 ヒドロペルオキシドの遷移金属による分解
5.1 ヒドロペルオキシドの熱・光分解
6.おわりに
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連載 触媒からみる化学工業の未来(28)
グリセロールの燃料としての利用触媒
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室井髙城(アイシーラボ代表;早稲田大学 招聘研究員;神奈川大学 非常勤講師)
グリセロールは,天然油脂がバイオディーゼルとしてFAMEに転換されて利用されると,副生成物として大量に生産されると考えられている。グリセロールの精製コストは,FAMEの製造方法により大きく異なる。輸送費のコストも考慮すると,グリセロールは油脂の生産地でFAME の原料や燃料に加工することが有利かもしれない。
【目次】
1. グリセリンの市況
2. グリセロールから水素の製造
2.1 グリセロールの改質
2.2 希薄グリセロールからの水素製造
3. グリセロールの水素化によるメタノールの合成
4. グリセロールからのオクタン価向上剤の製造
5. グリセロールの燃料利用
6. おわりに
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ケミカルプロフィル
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コハク酸
(Succinic acid)
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【目次】
(1) 概要
(2) 毒性
(3) 製法
(4) 生産
(5) 需要
(6) 価格
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ヘキサメチレンジイソシアネート
(Hexamethylene diisocyanate)
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【目次】
(1) 概要
(2) 毒性
(3) 製法
(4) 生産
(5) 需要
(6) 価格
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ニュースダイジェスト
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海外編
国内編
