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実生活で役立つ物质を超分子ゲルにより生み出す研究
容易にリサイクルできる新时代のプラスチック。
厂骋顿蝉が提唱され、环境问题への意识もさらに高まりを见せる现代。课题のひとつである现行プラスチックの代替を実现する可能性を秘めているのが、私が研究している「超分子ゲル」です。
一般的に物质は、复数の分子が强く结びつく「共有结合」をすることで形を保っています。プラスチックなどはその例で、分子同士の强力な结びつきにより実生活で必要な强度を保つ反面、分解して廃弃したり、再利用をするのは困难とされています。一方、超分子は「超分子相互作用」と呼ばれるゆるい结びつきで
分子同士が繋がり、ネットワークを形成した状态を言います。ゆるい结びつきなので、温度変化や光などの外部刺激によって构成分子がくっついたり离れたりするほか、构成分子単独では発挥できない机能を発现するといった特徴があります。
「超分子ゲル」はこの超分子相互作用を利用して作ったもので、イメージとしてはグミやコンタクトレンズのようにプルプルとした、液体と固体の间のような物体です。ゲルをマイクロスコープで観察すると、线と线が繋がった网目构造のようになっており、线同士の间には架桥点と呼ばれる结合部分が见えます。このゲルに光を当てたり水をつけたりといった外部刺激を加えると、ゲルの硬さが変わったり、伸缩したりと面白い変化を见せてくれます。実験を重ね、私たちはこのゲルが既存のプラスチック以上の强度になると见出しました。仮にこれを「プラスチックゲル」と呼びましょう。このプラスチックゲルは実生活で活用するのに十分な硬さを持ちますが、超分子作用で结びついているため外部刺激を加えることで、分解することも可能となります。容易にリサイクルでき、环境问题に贡献できる新しい超分子ゲル材料の创製を目指して研究を进めているところです。
医疗への贡献も视野に超分子结合の抱える课题と向き合う。
超分子の力を使ってできるのは、新しい素材を作ることだけではありません。私が取り組んでいる研究のひとつに、超分子ゲルを利用した「DDS（Drug Delivery System）」があります。これは薬物送達システムと呼ばれ、必要な部位に必要な量、必要な時間をかけて薬を届ける技術です。研究ではタンパク質で作ったゲルにモデル薬物を混ぜて乾燥させ、フィルム状にしたものの分析を行っています。ゲルにはあらかじめ服薬する人に合わせて適切な量の薬を混ぜることができます。また、フィルム状にすることで絆創膏や化粧品のシートマスクのように皮膚に応用できるのもポイントです。
分析する际に调べるのは、フィルムの强度、伸张度、薬の放出量などについてです。ここでは私が行った多糖类フィルムを使った実験についてご绍介します。同じ薬が入った添加剤が多いシートと少ないシートをそれぞれ水に浸し、同じ时间が経过したものを比べました。すると、添加剤が多いシートは少ないシートの1.5倍も伸び、薬の放出量も倍近くになるという结果が得られました。
しかし、超分子相互作用で繋がる物质は外部刺激に弱いため、共有结合と比べ安定性を欠くと言われています。安定性を向上させるためには、强度の强いシートを作ればいいわけですが、そうすると薬の放出量は减ってしまいます。反対に、シートに伸缩性を持たせると薬の放出量は増えますが、安定性がなくなってしまうというジレンマがあります。こうした课题をクリアするためデータを集め、社会での実用化を目指して研究を続けています。
研究の醍醐味は失败から新たな可能性を见出すこと。
私がこの超分子化学の面白さに触れたのは、大学4年生のことでした。実験室で初めてゲルを作ったときに「わ！」と感动したのです。この研究にもっと携わりたいと感じ、周囲の心配をよそに博士课程まで行くと决心しました。これは私にとって大切な経験であり、当时感じたワクワク感が研究者としての原点となっています。今回ご绍介した超分子ゲルをはじめに作ったときにも、ワクワクしたことを覚えています。最初にマイクロスコープで见たゲルは网目构造のようになっているとお话ししましたが、それが确认できなかったのです。学生からは「失败しそうですね」と言われましたが、これまでのものとは异なった可能性を感じ、もっと面白い结果が出せると确信しました。理论的にはうまくいくはずのことができず、想像もしなかった结果が现れたときの方が断然面白いと私は感じます。そして、研究をする上で大切になるのは諦めずに続けることです。ときには1つのテーマに1年以上かかることもあるので、しっかりとエビデンスを积み重ね、着実に结果を出せるよう研究を进めています。
研究室には、7名の学生が所属しています。面白そうだからと进路を决めた学生もいれば、化粧品メーカーで働きたいからという明确な目的を持った学生もいます。かつての私がそうだったように、何かをはじめるときの理由はなんでも良いのではと思いますが、进路について考えている方は自分が兴味のあるものを大切にしてください。この研究室の魅力は、新しい物质を作れるだけでなく、その过程にある化学的なストーリーを楽しめることです。まだ谁も挑戦していない面白いことをしたいという方も歓迎します。
助教
JI HA LEE
サスティナブル材料プロセス工学研究室
1987年4月 韩国生まれ
2010年2月 Department of Chemistry, Gyeongsang National University (S. Korea), B.S
2015年2月 Department of Chemistry, Gyeongsang National University (S. Korea), Ph.D
2015年-2017年 日本学術振興会 特別研究員(北九州市立大学, 櫻井 和朗先生)
2017年-2019年 CREST研究員 (北九州市立大学, 櫻井 和朗先生)
2020年- 広岛大学大学院先进理工系科学研究科 化学工学プログラム 助教
