大学院工学研究院
助教 真部 研吾マナベ　ケンゴ
Layer-by-Layer積層と3D/4D造形で、ナノからマクロをつなぐ機能性表面・コーティング・フィルムを創る
高分子やナノ材料を一層ずつ組み上げるLayer-by-Layer法を基盤に、3D/4Dプリンティングと表面改質を融合。濡れ・摩擦・接着・光学特性を制御し、自己修復、防汚、防氷、低摩擦などの極限機能材料や動的応答材料を実現し、医療・環境・半導体等先端材料に貢献。
研究分野 - 分野
工学
研究分野 - 分科
材料工学
研究分野 - 細目名
複合材料・表界面工学

キーワード
Layer-by-Layer自己組織化 / 機能性表面・コーティング・フィルム / 3D/4Dプリンティング / 動的トランススケール材料 / バイオミメティクス

相談に応じられるテーマ
Layer-by-Layer法による高分子・ナノ材料の多層コーティング・表面微細構造・平坦化技術 / 透明、防曇、自己修復、ガスバリア、高強度接着等を備えた機能性フィルムの開発 / 超撥水・超親水・撥油・防汚・防氷・防霜・血液付着抑制などの表面界面制御 / 3D/4Dプリンティングを用いた高耐久・刺激応答型表面構造の設計 / 超低摩擦、可逆接着、液滴・微小物体輸送などの動的界面設計

所属
大学院工学研究院

ORCID ID
0000-0002-8601-8003
E-mail
manabe-kengo-jx@ynu.ac.jp
ホームページ
https://sites.google.com/view/kengo-manabe-research/home

研究概要

高分子、ナノ粒子、ナノファイバーなどを一層ずつ組み上げるLayer-by-Layer自己組織化を基盤に、機能性コーティング、薄膜、自立膜および表面界面材料を研究している。膜厚、組成、空隙率、屈折率、分子間相互作用をナノスケールで設計するとともに、ナノ・マイクロ構造形成、表面改質、3D/4Dプリンティングを融合し、分子からマクロ構造までをつなぐ階層材料を構築。これにより、濡れ、摩擦、接着、光学特性、ガス透過、物質輸送を制御し、超撥水・超親水、防曇・防氷、防汚、自己修復、低摩擦、刺激応答などの機能を実現。医療・光学・包装・環境・半導体・製造分野への展開を目指している。

アドバンテージ

Layer-by-Layer法により、異なる高分子やナノ材料を組み合わせ、膜厚、組成、積層順序、空隙率、屈折率、分子間相互作用を精密に制御できる点が強み。水系・溶液プロセスを中心に多様な材料と基材へ適用でき、透明性と防曇性、自己修復性とガスバリア性、生体適合性と血液付着抑制など、従来は両立が難しかった複数機能を一つのコーティングやフィルムに統合可能。さらに、3D/4Dプリンティングによるマクロ構造とナノ機能層を組み合わせ、耐摩耗性や刺激応答性を備えたトランススケール材料へ展開。材料構築から表面・光学・摩擦・バリア特性の評価、機能発現機構の解明までを一貫して行えることが優位性となっている。

事例紹介

イカなどの頭足類が持つ高速自己修復機構に着想を得て、水に触れると傷を10秒以内に修復するLayer-by-Layer多層コーティングを開発した。高分子電解質多層膜に対イオンを導入し、強い静電結合を適度に緩和するとともに、可逆的な非共有結合ネットワークと水分保持性を高めることで、高分子鎖が傷の方向へ移動・再組織化する。その結果、修復率は1秒で92％、10秒で100％に達した。自己修復可能な人工血管の実現などが期待される。さらに、層状ナノクレイを組み込んだ「ナノれんが壁構造」により、10秒以内の自己修復性を維持したまま、酸素透過性を未処理ポリエチレンの100分の1未満に低減した。水中で気泡が付着しにくい機能も備え、食品・医薬品・電子部品の包装、ガス分離膜、長寿命保護コーティングへの応用が期待される。

主な所属学会

高分子学会 / 日本MRS / 日本トライボロジー学会

主な論文

1．LbLによる多機能表面の原点
K. Manabe et al.,
“Optical Phenomena and Antifrosting Property on Biomimetics Slippery Fluid-Infused Antireflective Films via Layer-by-Layer Comparison with Superhydrophobic and Antireflective Films,”
ACS Applied Materials & Interfaces, 6, 13985–13993（2014）.
https://doi.org/10.1021/am503352x

2．LbLによる自己修復・ガスバリア膜
K. Manabe et al.,
“Cephalopods-Inspired Rapid Self-Healing Nanoclay Composite Coatings with Oxygen Barrier and Super-Bubble-Phobic Properties,”
ACS Applied Materials & Interfaces, 13, 36341–36349（2021）.
https://doi.org/10.1021/acsami.1c09588

3．3Dプリントによるトランススケール表面
K. Manabe et al.,
“Durable Superhydrophobic Surfaces on 3D-Printed Structures Inspired by Beehive Architecture,”
Science and Technology of Advanced Materials, 26, 2481824（2025）.

主な特許

1
自己修復多層薄膜およびその製造方法
特許第7573851号
出願番号：特願2020-125567
公開番号：特開2022-021772

2
輸送体、微小物体の輸送デバイス、微小物体の輸送システム、微小物体の輸送方法
特許第7822616号
出願番号：特願2022-125534
公開番号：特開2024-022161

3
摺動面間の低摩擦構造及びその付与方法
特許第7744666号
出願番号：特願2021-099869
公開番号：特開2022-191575

主な研究機器・設備

Layer-by-Layer多層膜作製・コーティング設備
接触角・液滴挙動評価装置
DIW・FDM・DLP3Dプリンタ・三次元表面構造評価装置