人気ブログランキング | 話題のタグを見る

光を当てると形状が変化するプラスチック素材

光を当てると形状が変化するプラスチック素材 (HOTWIRED) - goo ニュース

ITニュース 更新日時 : 2005年04月18日(月)17:09





2005年04月18日(月)


光を当てると形状が変化するプラスチック素材


 プラスチック製の細い糸を患者の動脈に挿入する。この糸に光を当てると、らせん状のステント[狭くなった血管を拡張する器具]に変形し、血管が広がった状態を保つ。

 このような、光を当てるだけで形状が変化する物体は、今のところSFの世界でしかお目にかかれない。だが、この発想を現実に――それも、身近な病院やおもちゃ屋で見られるようなものに――しようと、研究に取り組んでいる2人の科学者がいる。

 マサチューセッツ工科大学(MIT)のロバート・ランガー教授(化学・生体工学)と、ドイツのアーヘン工科大学(RWTH)のアンドレアス・レントライン教授(化学・医療用材料開発)は数年前から、さまざまな波長の光を当てると形状が変化するプラスチック素材を作る研究を行なっている。

 当初は、熱を加えることで形状が変化する素材を扱っていたが、現在では、特定の波長の光を当てると変形する素材に取り組んでいる。素材を変形させる方法が確立し、これを応用した製品が一般に出回るようになる時期はまだはっきりしていないが、考えられる用途は、体をできるだけ傷つけない高度な外科的処置から、子供向けの愉快な玩具まで実に幅広い。

 「医療分野では、非常に興味深い用途がいくつか考えられる。われわれが想定しているのはステント、すなわち血管を拡張できる小さなチューブだ……光ファイバーを使ってステントを拡張させれば、所定の位置に固定しておくことができる」と、レントライン教授は話す。

 発想はいたってシンプルだ――形状Aの物体に光を当てると、あらかじめ定められた形状Bに変化する。この形状Bに異なる波長の光を当てると、元の形状Aに戻る。当てる光は紫外線で、波長帯が260ナノメートル以上の紫外線は最初の形状を次の形状に変え、波長帯が260ナノメートル以下の紫外線は形状を元の形に戻す。

 また物体の形状を変える以外に、少し大きくしたり、小さくしたりもできる。実験によって、プラスチック素材が10%~20%ほど伸張する(写真)ことが確認されている。

 研究チームは目下、細いプラスチック・ポリマーの繊維を使った実験をドイツで実施中だ。光を使って繊維を長くしたり、らせん形などの形状に変化させたりするほか、変化した形状をどれぐらい長く保持できるかをテストしている。

 ドイツから電話インタビューに応じたレントライン教授によれば、負荷を与える耐久テストではポリマーの形状は8時間保たれ、研究室に放置しているだけのものでは何週間も形状の変化が認められなかったという。

 また、形状を変えたあとの素材に、温度の変化などの環境ストレスを与え、それが新しい形状を保つ能力に影響を与えるかどうかを見るテストなども行なっている。その結果、摂氏50度までは変化が認められなかったという。摂氏80度あるいは100度くらいまでは持ちこたえるのではないかと、レントライン教授は見ている。

 「われわれが扱っている素材は、一時的な形状を安定して保つ」とレントライン教授。

 ランガー教授は今から7、8年前、生体適合性を持つプラスチック素材の用途を広げる方法として、形状が変化するプラスチックの開発を思いついた。ランガー教授はそのアイディアを、1997年にMITの客員研究員として自身の下に来ていたレントライン教授に話した。以来数年にわたり、2人は形状が変化するプラスチックを実際に作り出す研究に取り組んできた。熱に反応する最初の研究成果は2001年に発表された。

 分子レベルで見ると、このプラスチックには、ランガー教授が「感光交差結合」スイッチと呼ぶものが組み込まれている。プラスチック・ポリマーに光を当てると、これらのスイッチがジッパーのように互いに結合していく。異なる波長の光を当てれば、結合が解ける。このように、結合と結合解除が行なわれることで物体の形状が変化する。

 この「スイッチ」を形成しているのは、感光性の発色団、すなわちある波長の光に反応し吸収する、分子中の部分構造だ。

 研究チームは、光の中でもとくに紫外スペクトルを測定し、スペクトル内のさまざまな波長を試して、ポリマーに使用したい発色団にそれらが吸収されるかどうかを検証した。

 素材がどんな形に変化するかは素材のどこに光を当てるかで決まる、とレントライン教授は話す。たとえば、ポリマーの上面にだけ光を当てると、らせん形になる。上面が長く伸びる一方、下面はそのままのため、素材が湾曲する(写真)のだ。

 理論上は、ポリマーのどこに光を当てるかを調整するだけでいかなる形状でも作り出せる、とレントライン教授は言う。研究チームは目下、ポリマーを使って、自ら結び目を作る縫合糸の開発――熱を使った過去の実験では成功した――に取り組んでいる。

 どの波長がどの発色団に反応を引き起こすかを把握していたため、この方法が実現可能だということはわかっていたとレントライン教授は言う。問題は、発色団を実際にプラスチックに組み込むことだった。

 「これら感光性の発色団の反応を、特定波長帯に対するポリマーとしての反応に結びつける必要があった」とレントライン教授。

 だが、研究はまだ試作品の段階だ。現時点では、試験素材のポリマーがある形状から別の形状に変化するのに約90分かかる。多くの分野に応用するには、反応時間を短縮しなければならないが、一部の用途――たとえば、紫外線遮断物質をゆっくりと放出する未来の日焼け止めなど――では、望ましい効果を得るために、かえってある程度の時間がかかった方がよい場合もあるかもしれないと、レントライン教授は述べた。

 ランガー教授とレントライン教授が、同じ研究チームのホンヤン・ジャン博士、オリバー・ユンゲル博士と執筆した研究論文は、『ネイチャー』誌の4月14日号に掲載されている。


[日本語版:福井 誠/高橋朋子

  by super_shinka2 | 2005-04-18 18:24 | 化学

<< リアルさが売り、ポルノ女優との... ノートPCでリモコン操作する地... >>

SEM SKIN - DESIGN by SEM EXE