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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

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• Anion-exchange-controlled chiroptical properties in viologen-linked glutamide nanofibrillar assembly for electroresponsive chiroptical switches

  Yutaka Kuwahara, Mio Ito, Kaho Nishimura, Daiki Aome, Taito Nakamura, Makoto Takafuji, Hirotaka Ihara, Naoya Ryu, Tomoyasu Mani

  The Journal of Physical Chemistry B ( American Chemical Society (ACS) )  130 ( 30 ) 7634 - 7645   2026年07月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Abstract Supramolecular assemblies of dicationic 4,4′-bipyridinium (viologen: V2+) moieties modifying glutamide (G) derivatives, i.e., GV2+, are promising candidates for nanomaterials enabling redox-induced electroresponsive chiroptical switching in the visible region (ECSv), with potential applications in next-generation chiroptical management technologies. In this study, we investigated the dependence of the chiroptical properties of GV-X assemblies on the counteranion X– using ultraviolet–visible (UV–vis) absorption and circular dichroism (CD) spectroscopy to enhance their versatility. Density functional theory (DFT) and time-dependent (TD) DFT calculations reveal that the chiroptical properties of GV2+ interacting with I–, Br–, or Cl– ions (GV-I, GV-Br, and GV-Cl) depend on the charge-transfer interactions of V2+ and X–, determined by the electron-donating strength of X–. The counterion-exchanged GV-X assemblies, synthesized from as-prepared GV-PF6 salts in acetonitrile solution or prepared by excess addition of salts including targeted X– ions, showed composition-dependent chiroptical properties. Notably, the GV-Br assembly with a nanofibrillar structure exhibited ECSv, characterized by color and chiroptical signal changes without sign inversion, differing from those with sign inversion of the previous GV-BrI assembly. The ability to modulate chiroptical properties through anion-exchange and charge-transfer interactions provides a pathway for designing custom materials with specific optical properties for targeted applications.

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• Evaluation of the anticancer activity of medicinal plants predominantly accumulating ellagic acid compounds

  Domantas Armonavičius, Audrius Maruška, Baltramiejus Jakštys, Mantas Stankevičius, Tomas Drevinskas, Kristina Bimbiraitė-Survilienė, Modesta Čaplikaitė, Hirotaka Ihara, Makoto Takafuji, Elżbieta Skrzydlewska, Ona Ragažinskienė, Yutaka Kuwahara, Shoji Nagaoka, Vilma Kaškonienė, Saulius Šatkauskas, Arvydas Kanopka

  Antioxidants   14 ( 11 ) 1339-1 - 1339-30   2025年11月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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• Impact of silica nanoparticles on mechanical properties and self-healing performance of PVA hydrogels

  Moustapha Mohamed Mahamoud, Yutaka Kuwahara, Hirotaka Ihara, Makoto Takafuji

  Polymers ( MDPI AG )  17 ( 21 ) 2883-1 - 2883-12   2025年10月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Hydrogels are three-dimensional polymeric networks capable of retaining large amounts of water. Polyvinyl alcohol (PVA)-based hydrogels exhibit autonomous self-healing through reversible physical interactions within the hydrogel matrix, including hydrogen bonding, crystallite formation, and dynamic crosslinking. However, their long self-healing times and low strength limit practical application. Herein, we propose an effective strategy to simultaneously achieve excellent self-repairing and high mechanical strength. The tensile strength of uncut PVA hydrogel was 1.21 MPa; after cutting and rejoining for 12 h at room temperature (RT), it recovered 94% of the original uncut strength. To accelerate self-healing, hydrogels were treated at 40, 50, and 60 °C for 20, 40, and 60 min. Under optimal conditions (60 °C for 60 min), 96% recovery was achieved. Mechanical properties were further improved by silica (Si) nanoparticles of various sizes (~12, ~85, and ~200 nm). Si-loaded hydrogels, particularly ~12 nm, demonstrated increased mechanical properties, reaching a tensile strength of 1.45 MPa and a self-healing recovery of 95% of the uncut hydrogel strength. Ultra-small (~12 nm) Si nanoparticles enhanced the overall mechanical properties by acting as an efficient nucleating agent and did not hinder the existing self-healing mechanism. The developed strategy will pave the way for novel techniques in hydrogel research and will advance applications such as soft robotics and wound dressing.

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• A spectroscopy solution for contactless conductivity detection in capillary electrophoresis

  Tomas Drevinskas, Audrius Maruška, Hirotaka Ihara, Makoto Takafuji, Linas Jonušauskas, Domantas Armonavičius, Mantas Stankevičius, Kristina Bimbiraitė-Survilienė, Elzbieta Skrzydlewska, Ona Ragažinskienė, Yutaka Kuwahara, Shoji Nagaoka, Vilma Kaškonienė, Loreta Kubilienė

  Micromachines ( MDPI AG )  15 ( 12 ) 1430-1 - 1430-11   2024年11月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  This paper introduces a novel contactless single-chip detector that utilizes impedance-to-digital conversion technology to measure impedance in the microfluidic channel or capillary format analytical device. The detector is designed to operate similarly to capacitively coupled contactless conductivity detectors for capillary electrophoresis or chromatography but with the added capability of performing frequency sweeps up to 200 kHz. At each recorded data point, impedance and phase-shift data can be extracted, which can be used to generate impedance versus frequency plots, or phase-shift versus frequency plots. Real and imaginary parts can also be calculated from the data, allowing for the generation of Nyquist diagrams. This detector represents the first of its kind in the contactless conductivity class to provide spectrum-type data, as demonstrated in capillary electrophoresis experiments.

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• Enhancement of mechanical properties of benign polyvinyl alcohol/agar hydrogel by crosslinking tannic acid and applying multiple freeze/thaw cycles

  Moustapha Mohamed Mahamoud, Tadesse Mekonnin Ketema, Yutaka Kuwahara, Makoto Takafuji

  Gels ( MDPI AG )  10 ( 8 ) 527-1 - 527-14   2024年08月 [ 査読有り ]

  掲載種別: 研究論文（学術雑誌）

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  Hydrogels composed of natural and synthetic polymers have considerable potential for use in diverse areas such as biomedical applications and water purification. This is primarily because of their biocompatibility, biodegradability, and low toxicity. The widespread usage of composite hydrogels is hindered by a lack of simultaneous properties, such as high strength and low swelling rate. Herein, we report the preparation of novel hydrogels composed of polyvinyl alcohol (PVA)–intercalated agar polymer networks physically crosslinked with tannic acid. The hydrogel was subjected to multiple freeze/thaw (F/T) cycles (1, 3, and 5), and it was found to exhibit the highest strength after 5 F/T cycles. After 1 F/T cycle, the tensile strength of the composite hydrogel reached 1.56 MPa with a 1.0 wt% crosslinker, whereas after 5 F/T cycles, it increased to 3.77 MPa with a reduced amount (0.75 wt%) of the crosslinker. In addition, the swelling ability decreased upon increasing the crosslinker content and number of F/T cycles. Furthermore, the hydrogel demonstrated excellent water retention and a strong ability to adhere to different substrates. We have successfully implemented an innovative approach to improve the mechanical properties of PVA-based hydrogels by combining the use of tannic acid as a cross-linking agent and multiple F/T cycles. The developed hydrogels are expected to facilitate new developments in hydrogel technology, thus impacting diverse fields such as biomedical (wound dressing and artificial cartilage).

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

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• 低分子ゲル・超分子ゲルの設計開発と応用

  鈴木正浩, 小玉康一, 英 謙二, 灰野岳晴, 新田菜摘, 大背戸 豊, 今場司朗, 岩浦里愛, 越智里香, 中川 充, 河合武司, 懸橋理枝, 荒牧賢治, 籔内一博, 柴田雅史, 伊村くらら, 佐藤久子, 窪田 亮, 浜地 格, 阿部浩大, 高橋明日香, 伊藤和明, 丸山達生, 森田健太, 貝出 絢, 佐伯 隆, 岡本浩明, 川村 出, 須田奈月, 矢貝史樹, 伊原博隆, 高藤 誠, 桑原 穣, 邱 洪灯, 東 小百合, 池田 将, 坂本悠輔, 西村智貴, 木村真也, 山中正道, 張 怡, 井嶋博之 ( 担当: 分担執筆 , 担当範囲: 第4章 ゲルの活用・応用 第8節 グルタミドによるキラル超分子ゲルの光学的応用 )

  シーエムシー出版  2023年07月 ( ページ数: iv, 234p )

• Molecular Technology: Synthesis Innovation

  Hirotaka Ihara, Makoto Takafuji, Yutaka Kuwahara, Yutaka Okazaki, Naoya Ryu, Takashi Sagawa, Reiko Oda ( 担当: 分担執筆 , 担当範囲: Vol.4, Chapter 11 Supramolecular Web and Application for Chiroptical Functionalization of Polymer )

  Wiley  2019年04月 ( ページ数: 297 ,  担当ページ: p.297-337 )

• 光学樹脂の屈折率、複屈折制御技術

  伊原 博隆, 石井 ティラポン, 松本 修一, 高藤 誠, 桑原 穣, 緒方 智成 ( 担当: 分担執筆 , 担当範囲: 第4章 フィラー分散、ハイブリッド化による光学樹脂の高屈折率化・低屈折率化技術 第4節 高屈折率かつ無色透明を実現するヘテロポリ酸複合ポリマーの開発 )

  技術情報協会  2017年07月 ( ページ数: 201 ,  担当ページ: p.201-209 )

• 低分子ゲルの開発と応用

  伊原 博隆, 高藤 誠, 桑原 穣, 龍 直哉 ( 担当: 分担執筆 , 担当範囲: 第9章 超分子ゲル含有ポリマーフィルム )

  シーエムシー出版  2016年05月 ( ページ数: 77 ,  担当ページ: p.77-88 )

• フォトクロミズムの新展開と光メカニカル機能材料

  桑原 穣, 栗原 清二 ( 担当: 分担執筆 , 担当範囲: 第3章第9節 液晶/空気界面における光物体輸送・運動システムの構築 )

  シーエムシー出版  2011年11月 ( ページ数: 281 ,  担当ページ: p.281-287 )

研究発表等の成果普及活動 【 表示 ／ 非表示 】

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• Chirality enhancement in polymer films for CPL generation and its application to microalgae cultivation

  Noriko Okita, Asahi Okada, Misaki Asano, Riku Tamayose, Sora Nagahama, Jia Chen, Qiu Hongdeng, Yutaka Kuwahara, Makoto Takafuji, Hirotaka Ihara

  20th Asian Chemical Congress (20ACC)  2025年06月  -  2025年06月   

• Chiroptical polymer system functionalized with glutamide-based chiral molecular gel

  Yutaka Kuwahara, Makoto Takafuji, Takashi Sagawa, Noriko Okita, Hongdeng Qiu, Hirotaka Ihara

  14th International Gel Symposium (Gel Symposium 2024)  2024年11月  -  2024年11月   

• Chirality control of supramolecular assemblies from metal-ion coordinated catechol-bonded glutamide lipid via the complexation with non-chiral guest ligands

  Makoto Takafuji, Ryuya Hirata, Nanami Hano, Mayuko Sakai, Koichiro Takezono, Naoya Ryu, Yutaka Kuwahara, Reiko Oda, Hirotaka Ihara

  The 3rd Materials Research Meeting (MRM)/ The 24th IUMRS-International Conference in Asia (IUMRS-ICA) (MRM2023/IUMRS-ICA2023)  2023年12月  -  2023年12月   

• Circularly polarized luminescent polymer system fabricated with glutamide-derived supramolecular gel

  Yutaka Kuwahara, Nananmi Hano, Mio Ito, Masahiro Matsunaga, Aiki Kamo, Nao Nagatomo, Makoto Takafuji, Noriko Okita, Hirotaka Ihara

  The 1st KOSEN Research International Symposium (KRIS)  2023年03月  -  2023年03月   

• Chiroptical supramolecular gel induced by cationic glutamide derivatives and their binary systems

  Yutaka Kuwahara, Mio Ito, Yuki Fujimoto, Tatsumi Iwamoto, Hirotaka Ihara, Makoto Takafuji, Naoya Ryu, Tomoyasu Mani

  POLYSOLVAT-14, 14th International IUPAC conference on Polymer-solvent Complexes and Intercalates and 1st conference on Next-Generation of (Macro)-Molecular Self-Assembled Systems  2022年09月  -  2022年09月   

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特許等知的財産 【 表示 ／ 非表示 】

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• 黒色粒子及び黒色粒子の製造方法

  特願 特願2017-518168  (2017年02月17日)

  特許 特許第6941837号  (2021年09月09日)

  孫 仁徳, 野里 省二, 中壽賀 章, 伊原 博隆, 高藤 誠, 桑原 穣, 村上 晶子

  J-GLOBAL

科研費獲得情報 【 表示 ／ 非表示 】

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• 超分子ナノ組織化に誘起された多元的なキラリティの制御と円偏光スイッチ材料への応用

  基盤研究(C)

  課題番号: 24K08185

  研究期間: 2024年04月  -  2027年03月 

  代表者: 桑原 穣  研究分担者: 伊原 博隆, 龍 直哉

  直接経費: 3,600,000（円）  間接経費: 1,080,000（円）  金額合計: 4,680,000（円）

• 有機ハイブリッド系で未踏の高屈折率を実現するナノ傾斜構造化法の確立

  挑戦的研究(萌芽)

  課題番号: 20K21132

  研究期間: 2020年07月  -  2024年03月 

  代表者: 伊原 博隆  研究分担者: 永岡 昭二, 桑原 穣

  直接経費: 5,000,000（円）  間接経費: 1,500,000（円）  金額合計: 6,500,000（円）

• 配向制御機能を有する一次元超分子ゲル触媒の開発と二酸化炭素還元能の高効率化

  基盤研究(C)

  課題番号: 20K05248

  研究期間: 2020年04月  -  2024年03月 

  代表者: 桑原 穣  研究分担者: 伊原 博隆, 龍 直哉

  直接経費: 3,300,000（円）  間接経費: 990,000（円）  金額合計: 4,290,000（円）

• 反応中心のキラル集積によるナノ触媒の開発と触媒機能の増幅

  基盤研究(C)

  課題番号: 17K04973

  研究期間: 2017年04月  -  2020年03月 

  代表者: 桑原 穣  研究分担者: 伊原 博隆

  直接経費: 3,600,000（円）  間接経費: 1,080,000（円）  金額合計: 4,680,000（円）

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  機能性官能基を一次元的かつキラルに配向・集積させることができる、グルタミド誘導体系組織化分子ツールが形成する超分子組織体であるナノテンプレートを用いて、触媒能を有するまたは光増感部位となる金属錯体を複合化・集積することに成功した。顕微鏡観察の結果より、グルタミド誘導体のキラル分子組織体は金属錯体が複合化した状態においてもナノサイズの繊維状であることが示された。構築したナノサイズの金属錯体/グルタミド誘導体複合触媒システムは溶液状態で触媒能を有し、金属錯体の単独系と比較して、触媒能向上を示すことが確認された。

• 組織化分子ツールを利用する触媒機能集積と外部刺激応答機能制御（国際共同研究強化）

  国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）

  課題番号: 16KK0114

  研究期間: 2017年  -  2019年 

  代表者: 桑原 穣 

  直接経費: 9,200,000（円）  間接経費: 2,760,000（円）  金額合計: 11,960,000（円）

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  本研究では、基課題研究の知見を踏まえ、グルタミン酸由来の組織化分子ツールを利用して機能部位（特に、CO2還元触媒能を有する金属錯体）の配向・集積により触媒能を向上させることができる分子集合体系複合触媒システムを開発する。さらに、外部刺激応答性部位を導入し、分子配向・集積状態を外部刺激により制御して、触媒能を向上させることができる外部刺激応答型超分子複合触媒システムの構築を目指した。期間中、米国ブルックヘブン国立研究所に計7ヶ月間滞在。実施項目：自己組織性触媒システムの設計および合成、分子集合性評価および触媒部位の集積、触媒能評価、超分子組織体および触媒集積複合システムの外部応答性と触媒能評価

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• 光加筆型リライタブルペーパーの開発とレーザープリンターへの導入に関する研究

  研究費種類: 公的研究費（省庁・独法・大学等）  参画方法: 研究代表者

  研究種別: 受託研究  事業名: 研究成果最適展開支援プログラム （A-STEP）フィージビリティスタディ（探索タイプ）

  課題番号: 11101970

  研究期間: 2011年  -  2011年 

  代表者: 桑原 穣  資金配分機関: 科学技術振興機構

  直接経費: 1,310,000（円）  間接経費: 390,000（円）  金額合計: 1,700,000（円）

• フェナントロイミダゾール化合物の光応答性分子包接挙動と固体発光の光制御に関する研究

  研究費種類: 財団・社団法人等の民間助成金  参画方法: 研究代表者

  研究種別: 研究助成  事業名: （財）実吉奨学会 平成17年度研究助成金

  研究期間: 2005年  -  2005年 

  代表者: 桑原 穣  資金配分機関: （財）実吉奨学会

  直接経費: 1,000,000（円）  間接経費: 0（円）  金額合計: 1,000,000（円）

• 新奇アントリルフェナンスロイミダゾール化合物のフォトクロミック分子包接挙動と固体発光の光制御に関する研究

  研究費種類: 財団・社団法人等の民間助成金  参画方法: 研究代表者

  研究種別: 研究助成  事業名: （財）日本科学協会 平成16年度笹川科学研究助成

  研究期間: 2004年  -  2004年 

  代表者: 桑原 穣  資金配分機関: （財）日本科学協会

  直接経費: 600,000（円）  間接経費: 0（円）  金額合計: 600,000（円）

共同研究実施実績 【 表示 ／ 非表示 】

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• 日米共同研究による円偏光機能材料の開発

  研究期間: 2019年05月  -  継続中 

  代表者: 桑原 穣  連携研究者: Tomoyasu Mani