マシュマロゲルの物性・応用

力学特性

マシュマロゲルは圧縮や曲げに対して柔軟性をもち、除荷後にはすぐ形状を回復します。この柔軟性は柔軟な分子とマイクロメートルスケールの微細構造に由来します。[1] ガラス転移点以下、液体窒素中でもある程度の柔軟性を示します。[2]

耐寒性・断熱性

MTMS-DMDMS系マシュマロゲルの力学特性は−130から320 °Cでほとんど変わりません。約30 mW m−1K−1の低い熱伝導率を示します。魔法瓶水筒にマシュマロゲルを詰めて液体窒素を染み込ませることで、凍結胚の簡易運搬容器として使用することができます。[3]

マシュマロゲルを利用したDIYドライシッパー

吸音・防振

骨格の柔軟性と豊富な細孔により吸音性や防振性をもちます。[1]

疎水性表面

マシュマロゲルはPDMS同等の疎水性を示します。[2] バルク表面は特別な処理なしで（超）撥水性をもちます。これは表面の粗さと分子自体の疎水性に由来する性質です。

標準組成のマシュマロゲルは疎水性と親油性をもつため、スポンジのように水から油のみを吸い取り、分離することができます。

ジャイアントベシクル生成

マシュマロゲルにリン脂質溶液を染み込ませて乾燥した後、バッファーで湿潤させて絞り出すことで、ジャイアントベシクル分散液を簡単かつ大量に調製することができます。[4]

マシュマロゲルを用いたジャイアントベシクル作製のイメージ

表面修飾

VTMS-VMDMS系マシュマロゲルは表面に無数のビニル基をもつため、表面修飾が可能です。例えばチオール―エン反応によって機能化することが可能です。パーフルオロアルキル基などで修飾することで撥液性を制御するなどの例が考えられます。[5]

VTMS-VMDMS組成のマシュマロゲルを表面修飾した材料の切断面はノルマルヘキサデカンなどに対して超撥油性を示します。

超撥水・超撥油性マシュマロゲル

光学応用

マシュマロゲルは直径数マイクロメートル径の骨格がミー散乱を起こすため白い外観をもちます。ゲルを圧縮すると骨格同士が密になるため多重散乱が起こりやすくなり、後方散乱強度が低下します。フォトリフレクタで光量変化を検出することで、簡易な光学式触覚センサーを開発しました。[6]

最適な構造をもつマシュマロゲルの拡散反射率は98 %程度になります。この特性を利用して拡散反射標準や日射反射材料などへの応用も検討しました。[7]

参考文献

  1. Hayase, G.; Kanamori, K.; Nakanishi, K. New flexible aerogels and xerogels derived from methyltrimethoxysilane/dimethyldimethoxysilane co-precursors, J. Mater. Chem. 2011, 21, 17077-17079.
    doi: 10.1039/C1JM13664J (ポストプリント)
  2. Hayase, G.; Kanamori, K.; Fukuchi, M.; Kaji, H.; Nakanishi, K. Facile Synthesis of Marshmallow-like Macroporous Gels Usable under Harsh Conditions for the Separation of Oil and Water, Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 1986-1989.
    doi:10.1002/anie.201207969 (ポストプリント)
  3. Hayase, G.; Ohya, Y. Marshmallow-like silicone gels as flexible thermal insulators and liquid nitrogen retention materials and their application in containers for cryopreserved embryos, Appl. Mater. Today 2017, 9, 560-565.
    doi:10.1016/j.apmt.2017.10.004 (ポストプリント)
  4. Hayase, G.; Nomura, S. M. Large-Scale Preparation of Giant Vesicles by Squeezing a Lipid-Coated Marshmallow-Like Silicone Gel in a Buffer, Langmuir 2018, 34, 11021-11026. doi:10.1021/acs.langmuir.8b01801 (ポストプリント・ACS Articles on Request)
  5. Hayase, G.; Kanamori, K.; Hasegawa, G.; Maeno, A; Kaji, H.; Nakanishi, K. A Superamphiphobic Macroporous Silicone Monolith with Marshmallow-like Flexibility, Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 10788–10791. doi:10.1002/anie.201304169 (ポストプリント)
  6. Hayase, G. Optical Tactile Sensor Using Scattering inside Sol-Gel-Derived Flexible Macroporous Monoliths. Sens. Actuator A Phys. 2023, 354, 114253. doi:10.1016/j.sna.2023.114253 (ChemRxiv)
  7. Hayase, G. Marshmallow-like Macroporous Silicone Monoliths as Reflective Standards and High Solar-Reflective Materials. ACS Appl. Polym. Mater. 2023, 5 (7), 5280–5285. doi:10.1021/acsapm.3c00695 (ChemRxiv)