水中の温和な条件で合成するサメの歯成分からなるバイオミネラルナノファイバー~優れた分散性・液晶配列性を示す環境低負荷な次世代無機系ナノ繊維材料~

2025-11-13 東京大学

東京大学らの研究グループは、サメの歯の無機成分であるフルオロアパタイトを主成分とする、極細のバイオミネラルナノファイバーを水中の温和な条件で合成することに成功した。これは、生体の骨や歯が形成される仕組みを模倣し、酸性高分子の立体構造制御を利用して高アスペクト比ファイバーを成長させたもの。ファイバー表面に複合化した酸性高分子の静電反発により、凝集せず水中で安定に分散し、わずか0.2%で自発的に液晶性を示した。また外部電場で配列を制御し、異方的な力学特性を持つナノコンポジットゲルの作製にも成功。生体適合性・生分解性を備えるため、人工骨・インプラントなど医療用途、さらに液晶デバイスや耐熱・耐薬品性を生かした機能材料への応用が期待される。研究成果はAdvanced Materialsに掲載された。

水中の温和な条件で合成するサメの歯成分からなるバイオミネラルナノファイバー~優れた分散性・液晶配列性を示す環境低負荷な次世代無機系ナノ繊維材料~
本研究の概要図

<関連情報>

液晶バイオミネラルナノファイバー:高アスペクト比と異方性自己組織化ナノ複合材料を備えた1D無機材料 Liquid-Crystalline Biomineral Nanofibers: 1D Inorganic Materials with a High Aspect Ratio and Anisotropic Self-Assembled Nanocomposites

Takahiro Mikami, Riki Kato, Nobuyoshi Miyamoto, Takashi Kato
Advanced Materials  Published: 10 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202514457

Abstract

In nature, shark tooth enameloid exhibits an intricate anisotropic structure composed of high-aspect-ratio fluorapatite (FAp) fibrous nanocrystals, which impart exceptional mechanical properties. Mineral-based liquid-crystalline (LC) colloids provide a promising strategy for constructing such anisotropic structural materials. However, fibrous nanoparticles with high aspect ratios are prone to irreversible aggregation and gelation due to their large surface area. Consequently, the development of 1D mineral-based LC colloids with a high aspect ratio (>100) is largely limited to clay, carbon, boron nitride, and metal oxide-based systems. Herein, LC FAp nanofibers (FApNFs) are demonstrated as environmentally friendly, biocompatible, and stimuli-responsive fibrous nanomaterials. Well-dispersed FApNFs are synthesized using an elongated acidic macromolecular template to control crystal morphology. Their atomic-scale structures, self-assembled behavior, and electro-responsive properties are described. These LC FApNFs exhibit macroscopic alignment in response to external electric fields. Unidirectionally aligned FApNFs are successfully immobilized within the hydrogel network, enabling the formation of anisotropic nanocomposite hydrogels. The FApNFs-based hydrogels exhibit pronounced anisotropic stiffness and toughness with orientational dependency. Owing to their facile preparation, eco-friendliness, and stimuli-responsive nature, LC FApNFs have potentials as bio-friendly functional materials.

0504高分子製品
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