上海交通大学変革性分子前沿科学センターの唐山（Tang Shan）准教授らの研究グループが、端連ポリマー網状構造において、非破壊型の環丁烷稠合四ヒドロフラン力敏団を導入することで、材料の靭性と按需分解性を同時に向上させる画期的な戦略を確立した。この研究成果は、Nature Communicationsに掲載された。近年、バイオ医療機器や柔軟電子デバイスなどに応用が広がる交差結合ポリマー網状材料において、優れた力学性能と外部刺激で引き起こされる選択的分解能力を併せ持つ材料の開発が急務となっている。 従来の力誘導化学（機械化学）手法では、力により結合が切断される力敏団を導入することで、材料の強靭化や自己修復が可能となるが、その一方で、力敏団の早期活性化がネットワークに欠陥を生じさせ、材料強度を低下させるという課題があった。特に、端連ポリマー網状構造に可断裂型環丁烷を導入すると、構造的安定性が損なわれるリスクが高まる。 唐山グループは、この課題を解決するため、非破壊型の環丁烷稠合四ヒドロフラン力敏団をポリマー主鎖に組み込む新しいアプローチを提案。この力敏団は、外部からの応力により開環反応を起こし、内部に隠されていた鎖長を解放するとともに、酸に敏感なエノールエーテル基を生成する。これにより、力学的強度の向上と、酸性条件下での迅速な分解が同時に実現される。 実験では、同様の交差結合密度を持つ4種類のポリマー網状体（PN1～PN4）を比較。環丁烷稠合四ヒドロフラン力敏団を含むPN4は、PN2と比べて靭性が3倍、ひび割れエネルギーが10倍に向上した。さらに、本体球磨処理により力敏団が活性化され、酸性水溶液中での分解速度が大幅に増加。NMRや質量分析により、開環後にアルデヒド生成が確認され、力誘導開環による分解促進のメカニズムが裏付けられた。 この成果は、ポリマーの化学組成やネットワーク構造を変更せずに、力学的性能と分解性の両立を実現する画期的な技術であり、生体適合性材料や環境負荷低減型デバイスの開発に貢献する。本研究は国家自然科学基金および中央高校基本科研業務費の支援を受け、唐山准教授が責任著者、同大学2023年度博士課程学生の李壮（Li Zhuang）が第一著者を務めた。