ムール貝に着想を得た脱着可能な水中接着剤を開発――ドーパミンと温度応答性高分子で構成　東北大学

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東北大学は2024年10月11日、ムール貝が岩などに付着する能力から着想を得た、水中での脱着が可能なハイドロゲル接着剤を開発したと発表した。生体環境のような濡れた表面に材料を結合させることも可能で、医療機器の生体表面への接着や止血にも役立つ。今回の成果は同日、材料科学分野の専門誌「NPG Asia Materials」でオンライン公開された。

ムール貝は足の部分から「足糸」と呼ばれる特殊なタンパク質を分泌して、水中の岩などに付着する。同大学の研究グループは、このムール貝の足糸のような性質を利用すれば、水中で着脱が可能な素材を開発できると考えた。

作製した水中接着性ハイドロゲルは、カテコール基を有するドーパミンと温度応答性高分子で構成されている。空気酸化による重合反応や架橋反応を用いて作製するため、片面が密に架橋されたタフゲル層、もう片面が緩く架橋された接着層から構成される二面性（Janus 構造）を持っている。これによって、操作性と強い接着性の2つの特性を持たせることができた。

設計した温度応答水中接着性ハイドロゲルの構造。本接着剤は、ムール貝と同じカテコール基を有する上に、温度応答性が付与されている。

空気酸化界面重合によるハイドロゲルの作製。空気と触れる上部のみ、ゲル化反応が進行する。

水中接着性ハイドロゲルとガラス、チタン、アルミニウムなどの固体基板の間の接着力は、体温以上の温度で100 kPa以上となる。一方、体温以下の温度では、接着力が約0.1 kPaまで大幅に低下し、簡単に剥がせる。この結果、1000倍以上の接着力の差を温度によって制御できることがわかった。温度による接着力の変化は、ブタの皮膚を使った実験でも確認している。

また、電極を埋め込んだ水中接着性ハイドロゲルを人間の皮膚に貼り付けると、10分間の連続的な電気信号のモニタリングが可能で、室温まで冷やすとすぐに接着剤が生体表面から剥がれた。

研究グループは、「この接着剤は生体医療機器を人体に安全に取り付けることができ、取り外す際の皮膚へのダメージを最小限に抑えられる」とし、生体電気信号のモニタリングや、体への負担が小さい治療への応用が可能になると期待を寄せている。

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