北海道大学の相良剛光助教らの研究グループは、伸縮により白色蛍光のON/OFFを瞬時に可逆的に切り替えるゴム材料の開発に成功した。様々な材料が受けるダメージの可視化などへの応用が期待される。

 力(機械的刺激)を受けて、見た目の色や発光(蛍光)特性変化を示すような材料は、材料が受けるダメージや力を簡単に可視化・評価できるため、様々な活用が期待されている。特に最近、主に高分子化学の分野において、機械的刺激を受けて色変化を示す「メカノフォア」と呼ばれる分子骨格の研究が盛んだ。しかし既存のメカノフォアは共有結合を切断する必要があるため、可逆性に乏しい等の問題があった。

 研究グループは、超分子化学の分野で長年研究されてきた、インターロック分子(いくつかの部品が機械的に組み合わされた分子)の一つであるロタキサンに着目し、共有結合を切断する必要のない「超分子メカノフォア」の開発を行ってきた。今回、青色、緑色、橙色の蛍光団(蛍光を発する部分)を用いたロタキサン型超分子メカノフォアを開発し、さらにポリウレタンに導入することで、伸縮に応答して各蛍光色が瞬時、かつ可逆的に何回でも繰り返しON/OFFスイッチするゴム材料を開発した。これにより、蛍光団を変えても同じメカニズムで類似の機械的刺激に対する応答性を獲得できることを実証した。

 これまで白色発光を示す有機材料の報告例は多くあるが、機械的刺激で白色蛍光をON/OFFスイッチする材料は今回が初めて。このような材料は機械的刺激を可逆的かつ鋭敏に検出できるため、様々な材料におけるセンサーや、材料の受けるダメージの可視化・定量評価などへの応用が期待できるとしている。

論文情報:【ACS Central Science】Rotaxane-based Mechanophores Enable Polymers with Mechanically Switchable White Photoluminescence

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北海道大学

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