光を当てるだけで何度でも望む場所を加工できるヒドロゲルを開発

理化学研究所 (理研、野依良治理事長) と物質・材料研究機構 (物材機構、潮田資勝理事長) は、光 (紫外光) を当てるだけで望みの場所を何度でも加工できるヒドロゲルの開発に成功しました。これは、理研創発物性科学研究センター (十倉 好紀センター長) 創発ソフトマター機能研究グループの相田 卓三グループディレクター (東京大学大学院工学系研究科教授兼務) と、創発生体関連ソフトマター研究チームの石田 康博チームリーダー、劉 明傑 (リュウ ミンジェ) 特別研究員、および物材機構国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の佐々木 高義フェロー、海老名 保男MANA研究者らによる共同研究グループの成果です。
水を主原料とした固形物であるヒドロゲルは、生体にも地球環境にも優しいプラスック代替材料として、近年、産業界、学術界両方からの注目を集めています。しかし、従来のヒドロゲルのほとんどは、古典的な鋳型法により成形されているため、単純な形状の塊としてしか得られませんでした。また、一度成形した後に形状や組成を変えることは困難であり、こうした制約がヒドロゲルの用途を著しく狭めてきました。
共同研究グループは、光触媒として有名な酸化チタンのナノシートを使うことにより、望みの場所を何度でも光加工できるヒドロゲルの開発に成功しました。開発したヒドロゲルは、有機ポリマーと酸化チタンナノシートとを連結することにより3次元の網目を形成し、網目の隙間に大量の水を閉じ込めたものです。これに光を照射すると、酸化チタンの光触媒作用により、網目中の水分子が高反応性のヒドロキシルラジカルに変換されます。このヒドロキシルラジカルを使った化学反応を利用すると、ヒドロゲル中に情報を書き込んだり、ヒドロゲルと別物質とを強固に連結したりすることが可能となります。化学反応は光照射された部分でのみ進行するため、リソグラフィー微細加工が可能です。さらにこのプロセスは、半永久的に安定な酸化チタン触媒を用いるので、水と光さえあれば何度でも繰り返すことができます。この成果は、ヒドロゲルの用途を飛躍的に拡張するもので、酵素コンテナ、薬物徐放システム、3次元的に加工された細胞培地、人工臓器などをはじめ、バイオメディカル分野でのさまざまな応用が期待できます。本研究成果は、オンライン科学雑誌『Nature Communications』 (6月18日付け : 日本時間6月19日) に掲載されました。