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最近の研究

透明な脳の中の構造を小角X線散乱で観察

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  • 理化学研究所の上田泰己チームリーダー（東京大学大学院医学系研究科システムズ薬理学教室教授）、洲﨑悦生客員研究員（同准教授）らとの共同研究で組織透明化技術と組み合わせて利用できる全臓器・全身スケールの3次元組織染色・観察技術「CUBIC-HistoVIsion（CUBIC-HV）」を確立しました。

  • 我々は小角X線散乱を用いて、透明化前後の脳を測定し、脳が電解質ゲルであること、そして透明化によって脂質が除去されたことを発見した。

  1. E. A. Susaki, C. Shimizu, A. Kuno, K. Tainaka, X. Li, K. Nishi, K. Morishima, H. Ono, K. L. Ode, Y. Saeki, K. Miyamichi, K. Isa, C. Yokoyama, H. Kitaura, M. Ikemura, T. Ushiku, Y. Shimizu, T. Saito, T. C. Saido, M. Fukayama, H. Onoe, K. Touhara, T. Isa, A. Kakita, M. Shibayama, H. R. Ueda, Versatile whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissues. Nat Commun. 11, 1982 (2020).

究極に透明なゲルを合成・ゲルの状態を再定義

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  • ゲル化前の溶液内で高分子を緻密に充填することで、ゲル化後でも均一に分散した状態を維持できることを突き止めた。このようなゲル化過程はボンドパーコレーションと呼ばれ、古くから理論として考えられていたが、現実の系では初めて実現された。

  • このような簡便な手法で、ソフトマテリアルの常識を覆す、極めて均一性の高いゲルの合成に成功した。

  • 本手法は、幅広い高分子種に適用でき、医学、薬学、化学、光学など幅広い分野への波及効果が期待される。

  1. X. Li, S. Nakagawa, Y. Tsuji, N. Watanabe, M. Shibayama, Polymer gel with a flexible and highly ordered three-dimensional network synthesized via bond percolation. Science Advances. 5, eaax8647 (2019).
  2. X. Huang, S. Nakagawa, X. Li, M. Shibayama, N. Yoshie, A Simple and Versatile Method for the Construction of Nearly Ideal Polymer Networks. Angewandte Chemie International Edition, 1–8 (2020).

Nafionのナノ構造と溶液物性の関連を解明

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  • Nafionは古くから盛んに産業利用されているフッ化炭素系の高分子であるが、その物性と構造の相関はまだ不明瞭なところが多い。

  • 今回、厳密にサンプル調整条件を同一化し、0.5-30 wt%という幅広い濃度領域に対して、光散乱・小角X線散乱・レオ小角中性子散乱を行うことで、普遍的なナフィオンの溶液物性とナノ構造を明らかにした。

  1. C. I. Gupit, X. Li, R. Maekawa, N. Hasegawa, H. Iwase, S. Takata, M. Shibayama, Nanostructures and Viscosities of Nafion Dispersions in Water/Ethanol from Dilute to Concentrated Regimes. Macromolecules. 53, 1464–1473 (2020).

ゲル化臨界クラスターの謎な運動モードを解明

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  • ゲル化する直前の臨界状態は、その普遍性ゆえに多くの物理学者の興味を引き、多くの研究が行われてきた。その中でも、散乱ベクトルqの3乗に比例するスローな運動モードの起源は未解決問題として残されていた。

  • 今回の系統的な研究で、このゆっくりとした運動モードは従来の定説であったZimm mode（高分子の内部運動の一つ）とは全く無関係なもので、ベキ分布をもつ臨界クラスターの並進運動の足し合わせであることを解明した。

  1. X. Li, T. Noritomi, T. Sakai, E. P. Gilbert, M. Shibayama, Dynamics of Critical Clusters Synthesized by End-Coupling of Four-Armed Poly(ethylene glycol)s. Macromolecules. 52, 5086–5094 (2019).

これまでの研究アーカイブ

  • 燃料電池電極用触媒インクの構造解析（トヨタ自動車との共同研究）

  • 顕微動的光散乱の開発と応用研究

  • 親油性高分子電解質ゲルの構造解析（北大佐田研との共同研究）

  • 高分子型界面活性剤によるビタミンE分散体の構造に関する研究（太陽化学との共同研究）

  • 三鎖型界面活性剤会合体の構造解析（奈良女子大学吉村研との共同研究）

  • ナノコンポジットゲルの構造、変形挙動、ダイナミクス（川村理研・原口研、JAEA遠藤博士との共同研究）

  • 熱硬化性樹脂の構造解析（住友ベークライトとの共同研究）

  • 燃料電池材料の研究（トヨタ自動車との共同研究)

  • 皮膚、毛髪の構造解析（花王との共同研究)

  • 環動ゲルのコントラスト変調中性子スピンエコー(Julich, Richter教授グループ、新領域伊藤研、JAEA遠藤博士との共同研究)

  • 中性子散乱コントラスト変調法をつかったソフトマターの精密構造解析

  • 水/有機溶媒/塩混合溶液系の秩序構造（KEK瀬戸グループとの共同研究）

  • 環動ゲルの構造、変形挙動、ダイナミクス（東大新領域・伊藤研との共同研究)

  • 荷電分布の異なる弱荷電ゲルの構造解析と膨潤挙動

  • イオン液体中でのゲルや微粒子のダイナミクス（横浜国大・渡辺研との共同研究)

  • 臨界二酸化炭素中における高分子の構造とその膨潤挙動（東大新領域・横山グループとの共同研究）

  • 界面活性剤を用いた摩擦損失低減効果の解明（神戸大・竹中グループとの共同研究）

  • 溶媒和効果による水/有機溶媒系の秩序形成

  • 中性子散乱における非干渉性散乱の理論的研究

  • 天然ゴムの不均一性（京都工芸繊維大学池田グループとの共同研究）

  • ポリグルタミン酸の構造とダイナミクス（サントリーとの共同研究）

  • イオン性ゲル化剤（産総研・吉田グループとの共同研究）

  • ダイラタンシーゲル（花王との共同研究）

  • 花王と微細化エマルションについての共同研究を実施しております。>>詳しくはこちら

  • 分子シャペロンの構造解析（東京医科歯科大学、秋吉グループとの共同研究）

  • ポリオレフィンの構造解析（住友化学との共同研究）

  • ブロック共重合体水溶液の圧力誘起ミクロ相分離（阪大・青島研との共同研究）

  • 熱敏感型―親水性ブロック共重合体の水溶液の構造転移（阪大・青島研との共同研究）

  • グラジエント共重合体の相分離（阪大・青島研との共同研究）

  • 疎水性側鎖をもつハイドロゲルの膨潤、微細構造、運動性の研究

  • ガンマ線架橋ゲルと化学架橋ゲルの構造と物性の研究

  • 高圧下でのゲルの挙動についての研究

  • 圧力誘起相分離、体積相転移などの実験的研究

  • 環動ゲルの構造(とくに延伸下でのゲルの挙動)とダイナミクス

  • ゲル化剤の研究（信州大英先生との共同研究）

  • マイクロエマルション

  • ゲマルション（ゲル中のエマルション）

受賞

  • ​菅原誠也　Best Student Paper Award 2016年10月28日　国際ゴム技術会議

  • 中尾俊夫　功労賞　２０１６年１０月２０日　第４０回　合成樹脂工業協会賞　

  • 首藤靖幸　ベストプレゼンテーション賞　2016年10月20日　第66回ネットワークポリマー講演討論会（千葉大学）

  • 廣澤和　優秀ポスター賞 2016年5月27日 第65回高分子学会年次大会

  • 渡辺延幸　優秀ポスター賞 2016年5月27日 第65回高分子学会年次大会

  • 渡辺延幸  ポスター賞 2016年3月5日 関東高分子若手研究会2015年度論文発表会

  • 渡辺延幸　ポスター賞（RSC Soft Matter）2016年1月19日 第27回高分子ゲル研究討論会 

  • 廣澤和  最優秀ポスター賞 2015年12月10日 日本中性子科学会第15回年会

  • 柴山充弘教授　中性子科学会学会賞　2014年12月11日　日本中性子科学会第14回年会

  • 栃岡沙希　ポスター賞　2014年12月11日　日本中性子科学会第14回年会

  • 首藤靖幸　ポスター賞　2014年11月5日　国際会議PNandG2014

  • 西健吾　ポスター賞　2014年11月5日　国際会議PNandG2014

  • 廣井卓思　優秀演題賞　2014年1月23日　第25回高分子学会ゲル研究討論会

  • 和泉篤士　第37回合成樹脂工業協会学術奨励賞　2013年10月22日

  • 草野巧巳　ポスター賞　2013年10月11日　第36回溶液化学シンポジウム

  • 藤井健太助教　平成25年度溶液化学研究会奨励賞　2013年10月11日　第36回溶液化学シンポジウム

  • 浅井華子　東京大学新領域創成科学研究科長賞学生奨励賞　2013年3月22日

  • 草野巧巳　学生奨励賞　2013年3月15日　第１回物構研サイエンスフェスタ（つくば国際会議場）

  • 柴山充弘教授　第17回日本物理学会論文賞受賞　2012年3月　"A Periodic Structure in a Mixture of D2O/3-Methylpyridine/NaBPh4 Induced by Solvation Effect", K. Sadakane, H. Seto, H. Endo, and M. Shibayama, J. Phys. Soc. Jpn., J. Phys. Soc. Jpn. , Vol.76, No.11, 113602 (2007) 

  • 浅井華子, ポスター賞, 2009年1月　第23回高分子ゲル研究討論会 

  • 浅井華子　ポスター賞　2011年11月24日 1st AOCNS（第１回アジアオセアニア中性子散乱会議）(Tsukuba)

  • 和泉篤士　ベストプレゼンテーション賞　2011年10月14日 ネットワークポリマー講演討論会（関西大学）

  • 草野巧巳　ポスター賞　2011年9月9日　日本化学会第63回コロイドおよび界面化学討論会（京都大学） 

  • 柴山充弘教授　高分子学会賞受賞　2010年5月　中性子散乱による高分子ゲルの精密構造解析　詳細はこちら。

  • 野本祐作　若手優秀発表賞　2010年12月3日日本ゴム協会 第２２回エラストマー討論会

  • 松永拓郎　ポスター賞　2010年1月 第21回高分子ゲル研究討論会

  • Takuro Matsunaga, Oct. 20-23, 2009, Poster Award, The 1st FAPS Congress Federation of Asia Polymer Science

  • 竹田麻希子　ポスター賞　2009年9月　第3回ソフトマター物理若手勉強会　

  • 藤井健太　ポスター賞　2009年8月　31st International Conference on Solution Chemistry, Innsbruck, Austria

  • 杉村亜寿美　ポスター賞　2009年1月　高分子学会ゲル研究討論会

  • 柴山充弘　遠藤仁　CERI最優秀発表論文賞　2008年5月　日本ゴム協会

  • 大坂昇　ポスター賞　2008年1月　高分子学会ゲル研究討論会

  • Hitoshi Endo, Feb. 23, 2007, Poster Award, The 7th Japan-Korea Meeting on Neutron Scattering

  • Noboru Osaka, Feb. 23, 2007, Poster Award, The 7th Japan-Korea Meeting on Neutron Scattering

  • 宮崎翔　修士論文優秀賞　2007年2月　新領域創成科学研究科物質専攻修士論文発表会

  • 大坂昇　優秀講演発表賞　2006年2月　新領域創成科学研究科物質専攻修士論文発表会

  • 鈴木拓也　ポスター賞　2006年1月　高分子学会ゲル研究討論会

  • 長尾道弘助手　第3回中性子科学会奨励賞　2005年11月

  • 柴山充弘教授　2005年3月 日本化学会学術賞 詳細はこちらをご覧下さい。

  • 布施千絵子　優秀講演発表賞　2004年3月　新領域創成科学研究科物質専攻修士論文発表会

  • 布施千絵子　ポスター賞　2004年1月　高分子学会ゲル研究討論会

  • 岡部哲士　ポスター賞　2003年12月　日本中性子科学会第3回年会

  • 岡部哲士　ポスター賞　2003年11月　物性研国際ワークショップ　ゲルシンポ2003

  • 柴山充弘教授　高分子学会Wiley科学賞　2000年9月　高分子学会

  • 柴山充弘教授　繊維学会櫻田武記念賞　1991年6月　繊維学会

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