2023 年の Polymer Day は学際的なイノベーションを紹介します

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化学的な「アップサイクル」、つまりプラスチックをより高価値の製品に変換する様子（左側）。 ダメージを修復し、元の状態に戻す素材。 直訳すると、布地に織り込んでマイクやスピーカーとして使用できる繊維です。

2023 年のポリマーデーに MIT のモールス ホールを賑わしたのは、このようなさまざまなイノベーションでした。北東部およびその他の地域の学校から 64 チームがポスター コンテストに先立って研究発表を行いました。これは 2013 年のイベント開始以来最多となりました。

「モースホールのスペースがほとんどなくなってしまいました」と、このイベントを主催したマサチューセッツ工科大学材料科学工学部およびポリマー・ソフトマタープログラム（PPSM）の大学院生エリック・リーは言う。 リー氏は、大学院生のイェリン・チョー氏、エミリー・クルッカー・ベラスケス氏、カミーユ・クニン氏とともにポリマーデー組織委員会を率いた。 「これほど多くの参加者がいなかったため、この問題はこれまで一度も発生したことがありません。」

ポリマーは、長く繰り返される分子鎖で構成される巨大な種類の材料です。 ポリマーは、食品から医薬品に至るまで、さまざまな用途に使用されており、たとえば、包装材のポリエチレンや衣類のポリエステルなどに使用されています。

MIT のイベントには、ワークショップ、学生セミナー、卒業生のキャリアに関するパネルディスカッションが含まれていました。 また、キャボット、ダウ、サンゴバンを含む 10 社のスポンサーをフィーチャーした業界ブースもあり、これも記録的な数です。 年次イベントの目的は、学生にネットワークの機会を提供し、自分の研究を専門分野の人々と共有する機会を提供することだとリー氏は言います。 それはまた、ポリマー研究の膨大な多様性を示すためでもあります。

「それが本当に特別なものなのです」とリーは言う。 「PPSM、そしてポリマー科学一般の最も優れた点は、それが非常に学際的であることです。PPSM は、化学工学、化学、材料科学、機械工学、生物工学を統合しています。つまり、5 つの異なる学部が集まっています。」

粘液モデル

その多様性は、その日のポスターセッションで展示された研究に表れていました。 ナディア・サラゴサは、ボトルブラシのポリマーから合成膣粘液を配合する自身の研究について語った。顕微鏡で見ると、ガラス製品を洗浄するのに使用される長いブラシのように見えます。

「私は粘液が大好きです」とDMSEとPPSMの大学院生であるサラゴサは言います。 「とても楽しい素材ですね。」

彼女の最終目標は、細菌の過剰増殖によって引き起こされる膣の炎症である細菌性膣炎などの感染症のより良い研究を促進することです。 これは一般的な診断ですが、あまり理解されていません。

「それがどのようにして起こるのか、本当に理解できません」とサラゴサは言う。 「粘液が役割を果たすことはわかっています。では、より優れた膣粘液モデルを作成できれば、それらの病気をよりよく研究できるでしょうか?」

ポリマーからタンパク質へ

ポリマーと健康科学に興味のあるもう一人の発表者は、マサチューセッツ大学アマースト校ポリマー科学工学部の大学院生、ケイラ・コッホ氏でした。 コッホ教授は、新型コロナウイルス感染症に対するmRNAワクチンと同様に、抗体やタンパク質を細胞膜を越えて細胞内に運ぶことができる、細胞透過ペプチドとしても知られるタンパク質導入ドメインを模倣するポリマーを使用している。 ワクチンは、mRNAを体の細胞に送達することによって機能します。

「ポリマーを使用する利点は、ポリマーを簡単に調整できることです。ペプチドの構造を変更したい場合、それは非常に手間がかかり、負担のかかるプロセスです」とコッホ氏は言います。 「高分子化学では、すべてを組み合わせるだけで完了します。」

現在、コッホ氏と彼女のチームは、薬物などの治療薬を送達することを目的として、細胞膜を越えてタンパク質を効果的に運ぶためにポリマーを最適化しようとしている。 彼女がポリマーデーで発表した作品は、ポリマーにさまざまな種類のアルコールを加えたときに何が起こるかを示していました。

「それがタンパク質の送達に影響を与えることがわかっています。場合によっては、タンパク質の送達を強化する場合もあります」と彼女は述べた。

泡が長持ち

マサチューセッツ工科大学機械工学部バラナシ研究グループのポスドクであるサウラブ・ナス氏は、泡に関する研究、特に泡を長持ちさせる方法について発表しました。 水の中で泡を吹いてみてください、と彼は挑戦しました。泡は数ミリ秒で弾けます。 「安定させる唯一の方法は、石鹸か添加剤を加えることです。しかし、水に石鹸を加えると、それはもう水ではなく、石鹸水になります」とナス氏は言う。 そこで彼の研究では、気泡の純度を変えずに気泡のままにするにはどうすればよいかという単純な疑問が生じました。 ビーカーにシリコンオイルを入れてホットプレートの上に置き、質問に答えてみました。 オイルをつつくと泡が発生し、それが約 10 ミリ秒続きました。 ただし、オイルを摂氏 68 度 (華氏 154 度) に加熱すると、泡はほぼ 1 時間保持されます。 理由: 熱により液体の流れが泡の上部に押し上げられます。 冷たい液体が流れ落ちます。 「泡が生きているのは、上向きの流れによって重力が打ち消されるからです」とナス氏は言う。 このような知識が導く可能性のある応用の 1 つは泡です。 発泡体は、断熱、包装、安全などの用途に使用できますが、その構造は添加剤やポリマーに依存しています。 ナス氏は、添加剤を一切使用せずに安定化された、持続性の高い一連の泡からなる新しい種類の泡について説明しました。 このような材料は、「消泡」、つまり不要になった泡を除去するという問題も解決できる可能性がある。 「これは、泡の生成と破壊におけるかなり根本的なステップです」とナス氏は言います。 「温度を切ると泡は消えます。」

ポスターコンテストの優勝者は、「変形性関節症治療のための軟骨浸透デンドリマーの開発」というプレゼンテーションで、MIT化学工学部博士研究員のJoon Ho Park氏でした。 2 位と 3 位の賞を受賞したトピックには、自然からインスピレーションを得た材料設計、データに基づいた材料特性の予測、生体材料の構成要素としての DNA の使用などが含まれます。

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