自律高分子系としての自励振動高分子ゲルの進化
Evolution of self-oscillating polymer gels as autonomous polymer systems
2014年6月20日 NPG Asia Materials 6, e6 (2014) doi:10.1038/am.2014.32
応答性高分子ゲル：自律性の獲得
筋肉などの生体軟組織は、外部からの刺激がなくても心拍、ホルモン分泌、細胞周期といった自発的な周期変化を起こす。このたび東京大学の吉田亮教授および上木岳士特任研究員は、自由に膨潤・収縮を繰り返す自励振動高分子ゲルの進展について概説している。生物系を模倣しようとする多大な努力によって、これまで高度な組織工学や治療応用向けに数多くの刺激応答性合成材料が生み出されてきたが、こうした既存の系はいずれも自律性に欠き、pHや温度など環境の変動に依存して機能する。これに対し、吉田教授らの研究チームが開発したゲルは、ベローソフ・ジャボチンスキー反応（BZ反応）と呼ばれる化学振動反応に基づいて機能する。金属触媒を用いるこの酸化反応では、自発的に時間的振動や空間的パターンを生じるのである。この自励振動ゲルは、生体模倣型アクチュエーターや、腸に似た管状の物質輸送系などへの応用が可能であり、材料科学、ロボット工学、生物物理学に新しい展望を開くものである。
Responsive polymer gels: Gaining autonomy
Muscles and other soft tissues in the body experience spontaneous rhythmic changes, such as a heartbeat, hormonal secretion and the cell cycle, without requiring external stimulation. Ryo Yoshida and Takeshi Ueki from the University of Tokyo, Japan, review their team's progress to develop polymer gels that freely undergo cyclic swelling and shrinking. Although tremendous efforts to mimic biological systems have generated numerous synthetic responsive materials for smart tissue engineering and therapeutic applications, these existing systems lack autonomy and depend on induced pH, temperature and other environmental fluctuations to operate. In contrast, the team's gels rely on the oscillating Belousov–Zhabotinsky reaction — a metal-catalyzed oxidation reaction that exhibits spontaneous periodic temporal and spatial patterns. The self-oscillating gels have applications that include biomimetic actuators and tubular intestine-like mass transport systems, providing new perspectives for materials science, robotics and biophysics.
