引っ張ると白い蛍光を出すゴムの開発に成功――材料が受けるダメージの可視化に期待 北大

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北海道大学は2019年4月24日、フリブール大学(スイス)と共同で伸縮により白色蛍光のON/OFFを瞬時に可逆的に切り替えるゴム材料の開発に成功したと発表した。

力(機械的刺激)を受けて、見た目の色や発光(蛍光)特性変化を示すような材料は、材料の受けるダメージや加えられている力の可視化や評価が簡単にできるため、さまざまな形での活用が期待されている。特に最近、主に高分子化学の分野において、機械的刺激を受けて色変化を示す「メカノフォア」と呼ばれる分子骨格が盛んに研究されている。しかし既存のメカノフォアは共有結合を切断する必要があるため比較的大きな力が必要であり、また可逆性に乏しいなどの問題があった。

このような背景を踏まえ、同研究グループは、超分子化学の分野で長年研究されてきた、インターロック分子の一つであるロタキサンに着目し、青色、緑色、橙色の三種類の蛍光団を用いて、共有結合を切断せずとも蛍光特性が変化する三種の「超分子メカノフォア」を開発。さらにそれぞれのロタキサン型超分子メカノフォアをポリウレタンに導入して混ぜ合わせることで、伸縮に応答して各蛍光色が瞬時、かつ可逆的に何回でも繰り返しON/OFFスイッチするゴム材料を開発した。

白色蛍光をON/OFFスイッチする、今回開発したゴム材料の概念図

今回の研究により、ロタキサンをモチーフとして用い、よく知られた蛍光団を変更するだけで、狙った蛍光色を簡単にON/OFFをスイッチできる超分子メカノフォアが得られることが実証された。このような材料は機械的刺激を可逆的かつ鋭敏に検出できるため、さまざまな材料におけるセンサーや、材料の受けるダメージの可視化や定量評価などへの応用が期待できるとしている。

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