SAMURAI - NIMS Researchers Database

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Research Center for Macromolecules and Biomaterials
Title

形状記憶高分子からなる高機能性4D印刷材料の開発

Keywords

形状記憶高分子,4D印刷,積層造形,生分解性,メカニカルメタマテリアル,バイオメディカルデバイス,マテリオバイオロジー

Overview

4D印刷技術は、従来の積層造形技術を進化させたものであり、経時的な形態変化という新しい次元を製造プロセスに組み込むことで、機能性材料の開発や生産方式に変革をもたらすと期待される。NIMSでは、高分子ナノアーキテクトニクスの精密設計・合成により形状記憶高分子材料の転移温度、分解性、力学特性や形状記憶特性を制御する方法論の構築に成功している。この形状記憶高分子を基軸とし、3D印刷などの積層造形法と組み合わせることで従来の分子論に限定されない、構造論を併用した材料機能設計を展開し、新奇な高機能性4D印刷材料を創製する。この形状記憶高分子の4D印刷技術を深化させ、日本発の形状記憶高分子からなるバイオメディカル材料の開発を目指す。

Novelty and originality

生理的環境において駆動する形状記憶高分子材料の設計指針
形状記憶高分子の各種物性 (転移温度、分解性、力学・形状記憶特性など) 制御技術
高機能性4D印刷材料の作製を可能とする独自印刷インクおよび精密4D印刷技術
4D印刷技術を駆使したバイオメディカルデバイスの新規設計方法

Details

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積層造形技術を駆使し、複雑な三次元形状を有する高性能形状記憶高分子材料の合理的設計論 (「積層造形法」x 「印刷インク開発」x「材料幾何学構造」) の構築および、バイオマテリアルのメソスケールの材料構造と力学的機能の関係を実験・計算科学的に明らかとし、構造特異的な力学機能の発現を意図的に創出するメカニカルメタマテリアル化基盤技術を構築し、新規機能性バイオメディカルデバイスの創製を目指す。これまでNIMSが蓄積してきた形状記憶高分子材料の設計・合成戦略を基軸として高速かつ高精度・高解像度の4D印刷の基盤技術を築き、複雑な形状変化を誘起可能な4D印刷造形体を創製する。従来法である既存の材料(幾何学)構造解析から機能や物性を検証する試行錯誤法ではなく、望みの機能から逆設計により構造を出力するアルゴリズムやシステムを構築することで、力学的材料機能をデジタルに設計し意図的かつ効率的なメカニカルメタマテリアルの製造を可能にする。それをバイオメディカルデバイス設計へと展開し、バイオマテリアルの構成分子・物質のみならず材料の幾何学構造に由来した多様な力学負荷を印加可能なデバイスを開発し、モデル動物実験による治療効果の検証を通じ、「メカニカルメタバイオマテリアル」という新しい概念を打ち出せることが期待される。

Summary

形状記憶高分子4D印刷材料は、幾何学構造の導入による力学的機能の改質に加え、スマートポリマーに基づく新奇材料機能発現および4D印刷材料の実用化に大きく貢献できる。「積層造形法」x「印刷素材の設計」x「(幾何学的)構造」の3要素の連関性を理解し、相加的でなく相乗的な機能発現をバイオマテリアル設計が可能となれば、新たなキラーアプリケーションの創出にもつながる。

この機能は所内限定です。
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