Nakajima Tasuku

Faculty of Advanced Life Science Advanced Transdisciplinary Science Soft & Wet Matter ScienceAssociate Professor
Institute for Integrated Innovations Institute for Chemical Reaction Design and DiscoveryAssociate Professor
Last Updated :2025/07/16

■Researcher basic information

Researchmap personal page

Researcher number

  • 80574350

Research Keyword

  • Polymer Gel
  • Polymer Chemistry
  • mechanochemistry
  • Functional Polymers
  • sacrificial bond principle
  • liquid crystalline gel

Research Field

  • Nanotechnology/Materials, Polymer materials, Polymer Gel

Educational Organization

■Career

Career

  • Nov. 2020 - Present
    JST, PRESTO Researcher
  • Apr. 2019 - Present
    Faculty of Advanced Life Science, Hokkaido University, Associate Professor
  • Oct. 2011 - Mar. 2019
    Faculty of Advanced Life Science, Hokkaido University, Assistant Professor
  • Apr. 2011 - Sep. 2011
    The University of Tokyo, The Graduate School of Engineering, 博士研究員

Educational Background

  • Apr. 2006 - Mar. 2011, Hokkaido University, Graduate School of Science, 生命理学専攻
  • Apr. 2002 - Mar. 2006, Hokkaido University, School of Science

■Research activity information

Awards

  • May 2022, 日本レオロジー学会, 2021年度日本レオロジー学会奨励賞               
  • Aug. 2021, 北海道大学, 全学教育科目に係る授業アンケートにおけるエクセレント・ティーチャーズ               
  • Apr. 2021, 文部科学省, 令和3年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 若手科学者賞               
  • Feb. 2021, 北海道大学, 令和2年度教育研究総長表彰               
  • Sep. 2020, Hokkaido University, Excellent teacher award               
    中島祐
  • May 2019, 高分子学会, 広報委員会パブリシティ賞               
    中島 祐
  • Jan. 2019, RSC, Soft Matter Presentation Award               
    Tasuku Nakajima
  • Jan. 2017, Hokkaido University, Hokkaido University President's Award of Research               
    Tasuku Nakajima
  • May 2016, Society of Polymer Science, Japan, Award for Encouragement of Research in Polymer Science               
    Tasuku Nakajima
  • Mar. 2015, Hokkaido University, Hokkaido University President's Award of Research               
    Tasuku Nakajima
  • Mar. 2015, Hokkaido University, Hokkaido University President's Award of Education               
    Tasuku Nakajima
  • Aug. 2014, Hokkaido University, Excellent teacher award               
    Tasuku Nakajima
  • Oct. 2013, 日本ゴム協会, 第25回エラストマー討論会 優秀発表賞               
    中島 祐
  • Oct. 2012, Soft Matter, Poster Prize at the 9th International Gel Symposium               
    中島 祐
  • May 2012, 日本化学会, 優秀講演賞(産業)               
    中島 祐

Papers

Other Activities and Achievements

Affiliated academic society

  • THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN               
  • THE SOCIETY OF POLYMER SCIENCE, JAPAN               
  • 日本機械学会               
  • 日本レオロジー学会               

Research Themes

  • Design of Low Entropy Polymer Network Materials for Unique Functions
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    20 Dec. 2022 - 31 Mar. 2029
    グン 剣萍, Li Xiang, 野々山 貴行, 中島 祐
    Japan Society for the Promotion of Science, Fund for the Promotion of Joint International Research (International Leading Research ), Hokkaido University, 22K21342
  • Design engineering for outstanding materials with controlled soft-stiff heterogeneity
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2024 - 31 Mar. 2027
    篠崎 健二, 加藤 和明, 中島 祐, 菊池 将一
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 24H00844
  • Metabolic Material System: Material Growth by Metabolic-like Destruction and Remodeling
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    27 Apr. 2022 - 31 Mar. 2027
    グン 剣萍, 中島 祐, 印出井 努, 野々山 貴行
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (S), Hokkaido University, 22H04968
  • Establishment of a framework for self-evolving materials through mechanical training
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2025
    グン 剣萍, 印出井 努, 野々山 貴行, キング ダニエル, 中島 祐
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 22H00327
  • 未踏高分子材料群「極限伸長網目」の学理構築
    戦略的な研究開発の推進 戦略的創造研究推進事業 さきがけ
    2020 - 2023
    中島 祐
    ゲル・ゴムなどのソフト高分子網目材料は、そのナノスケール網目鎖のコイル状構造に由来した柔軟性、伸張性を示します。本研究では、これら材料の網目鎖を極度に伸長させ、新奇力学機能を有する未踏材料「極限伸長網目」を創製します。自由エネルギー的に不利な極限伸長網目の合成法を確立し、そのナノ伸長構造に由来する特異な力学特性を見出します。得られた材料は、易分解材料、力で機能化する材料などへの応用展開を図ります。
    科学技術振興機構, 北海道大学, Principal investigator
  • Utilizing the Sacrificial Bonding Principle to Create Soft-Hard Composites with Toughness that Surpasses Metals and Novel Functions
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
    31 May 2017 - 31 Mar. 2022
    グン 剣萍, 黒川 孝幸, 野々山 貴行, キング ダニエル, 中島 祐
    本年度は主に、ハードマター相の犠牲結合が複合材料の強靭化に及ぼす効果を解明した。最初に、mmスケールの多様な二次元長方格子(犠牲結合)を設計し、高性能3Dプリンターによって作製した。次いで、高靱性の柔らかい材料をマトリックス相として格子と複合させ、巨視的なスケールでのダブルネットワーク複合体を創製した。二次元格子の骨格の太さを制御した実験より、引張試験における多段階の格子の破断(すなわち犠牲結合原理の発現)は、二次元格子の強度がマトリックスの強度を上回った場合に生じることが分かった。また格子の節の数を制御した実験より、節の数を増やすほど引張試験時における格子の破断イベント数が増えるために材料が強靭となるが、強靭性はある一定の値で頭打ちになることが分かった。さらに多様な材質による二次元格子を検討した結果、どのような材質を用いても複合材料は強靭になったことから、格子の化学的性質(例えば表面の接着性)は強靭化に大きな影響を及ぼさず、格子とマトリックスの力学物性の関係性が強靭化度合の決定の主要因であることが明らかとなった。
    次いで、多様な二次元・三次元格子を設計し、格子のポアソン比を変化させた複合材料を創製した。骨格として、具体的には負のポアソン比を持つオーセチック構造や、正のポアソン比を持つハニカム構造などを用いた。引張試験結果より、複合材料の強度は格子とマトリックスのポアソン比のミスマッチが大きいほど高くなることが示唆された。偏光顕微鏡観察の結果、本現象は、複合材料の変形時、ポアソン比のミスマッチによりマトリックスが局所的に(巨視的な変形よりも)極めて大きく変形することによって引き起こされていることが示唆された。また、ポアソン比のミスマッチによりマトリックスが(通常では起こりえない)体積変形を強いられることも原因の1つではないかと考えられ、現在検証を進めている。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (S), Hokkaido University, 17H06144
  • Experimental investigation of single polymer chain mechanics via analysis of mechanical analysis of gels
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
    01 Apr. 2017 - 31 Mar. 2021
    NAKAJIMA TASUKU
    Mechanical properties of polymeric materials are mainly determined by mechanical properties of polymer chains inside. Thus, experimental determination of mechanical properties of single polymer chain is important for widespread applications of polymeric materials. However, experimental techniques to measure the properties of single polymer chain have been still in development. In this study, we succeeded in extracting the mechanical properties of single polymer chain, especially its extremely stretched state, by analyzing the stretching and swelling tests of the macroscale polymer gels.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (A), Hokkaido University, 17H04891
  • Creation of soft/hard complex materials tougher than metal based on the
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2017 - 31 Mar. 2018
    グン 剣萍, 黒川 孝幸, 中島 祐, 野々山 貴行, キング ダニエル
    本研究では、高靭性ゲルの力学挙動(引張試験で見られる降伏現象、弾性率の低下を伴うヒステリシス現象、および引裂試験で見られる亀裂周辺の降伏領域(内部破壊領域)の形成)の三つの特徴を評価することによって、ゲルの靭性及びその高靭性化機構を解明することを目的とした。研究機関内には、ポリアンフォライトゲル/グラスファイバー織物の複合体について、様々な幅のサンプルを作製して引裂試験を行い、破壊エネルギーと降伏領域の関係を見積もった。サンプルの幅が降伏領域のサイズ(~cm)より小さい場合、複合体の破壊エネルギーはサンプルの幅と正の相関があった。一方、サンプルの幅が降伏領域より大きい場合、複合体の破壊エネルギーはサンプルの幅に依存しなかった。これは、本複合体の異常に高い破壊エネルギーが、亀裂近傍の降伏領域形成によるエネルギー散逸によることを強く示唆する結果である。また、破壊されたサンプルを走査型電子顕微鏡で観察した結果、繊維近傍におけるゲル層の破壊が確認された。ここから、本複合体の変形時には、ゲル-繊維間の応力伝達により、ゲル層の変形と破壊によるエネルギー散逸が高効率で発生し、それが本複合体を高効率にタフ化していることが示唆された。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 17H01222
  • Creation of Tough Elastomer Based on DN Principle for Toughening of Hydrogels
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    01 Apr. 2014 - 31 Mar. 2017
    NAKAJIMA Tasuku
    Elastomer is unique and exclusive solid due to its anomalous softness and extensibility. For toughening of rubbers, dispersion of filler has been exclusively applied for a long time. However, recently significant improvement of elastomer toughness by this method has no longer been reported because this traditional method had been already studied for a long period. On the other hand, our group has created double network (DN) hydrogels with extremely high toughness comparable to industrial rubbers, despite 90wt% of water content. Tough DN gels are comprised of the two independent networks, which are brittle 1st and ductile 2nd networks. Note that gels and elastomers are essentially same in the mechanical viewpoint; mechanical behavior of both of them follows rubber elasticity theory. Inspired by the DN gel studies, in this research project I have created a series of tough elastomer by introduction of contrasting double network structure.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Hokkaido University, 26870008
  • Proof of the Universality of Sacrificial Bond Principle and Creation of Tough Functional Hydrogels with Variety of Sacrificial Bonds
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
    31 May 2012 - 31 Mar. 2017
    Gong Jian Ping, NONOYAMA Takayuki, SUN Taolin
    Gels have been anticipated as tissue-like functional materials, but generally they are mechanically too weak to be applied widely. On the other hand, recently our group
    has proposed "sacrificial bond principle", where toughness of gels can be effectively improved by introducing weak and brittle bonds into soft and stretchable networks. In this project, we have created a series of extremely tough gels using this principle, e.g., variants of double network gels
    featuring covalent sacrificial bonds, polyampholyte gels containing ionic sacrificial bonds, and phase-separated polyacrylamide gels exhibiting super toughness based on solvophobic sacrificial bonds. We have also succeeded in adding functions corresponding to chemical species of sacrificial bonds to the tough gels, e.g., self-healing properties to polyampholyte gels and bioactivity to double network gels containing biopolymers. Through these studies, we have confirmed generality and diversity of sacrificial bond principle.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (S), Hokkaido University, 24225006
  • 「犠牲結合原理」の普遍性の証明と多様な犠牲結合による高靭性ゲルの創製
    科学研究費助成事業
    2012 - 2012
    グン 剣萍, 黒川 孝幸, 中島 祐
    本研究では、高靭性ゲルの力学挙動(引張試験で見られる降伏現象、弾性率の低下を伴うヒステリシス現象、および引裂試験で見られる亀裂周辺の降伏領域(内部破壊領域)の形成)の三つの特徴を評価することによって、ゲルの靭性及びその高靭性化機構を解明することを目的とする。具体的には、多様な犠牲結合構造を導入したゲルに対して、引張試験で降伏応力、ヒステリシス面積および変形前後の弾性率の変化、引裂試験で破壊エネルギーを測定し、ゲルに導入した犠牲結合の密度との関係を定量化した。さらに、引裂試験時における亀裂周辺の降伏領域の厚さをレーザー顕微鏡で測定し、破壊された犠牲結合と破壊エネルギーとの相関を調べた。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 24245042
  • 高分子ステント法による、超高強度ダブルネットワークゲルの高強度化手法の一般化
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows
    2010 - 2011
    中島 祐
    昨年度は本分子ステント法の基礎技術を確立し、あらゆる親水性ポリマーから高強度St-DNゲルが創成可能であることを示した。そこで本年度は、本方法を様々な系へと拡張し、新規機能性高強度ゲルの開発を目指した。最初に、疎水性高分子を1st networkとした高強度ハイドロゲルの創製を行った。本ゲルは、一般的なDNゲルと同様に高い強度を示した他、ハイドロゲルでありながら水に対する高い接触角(80°)を示した。次に、配向高分子フィルムを作製し、これを1st networkに用いることで、物性に異方性のあるSt-DNゲルを合成した。本ゲルは、配向フィルムの構造を反映し、一軸に膨潤する、一方向のみに引き裂き可能などの興味深い新規物性を示した。以上より、疎水性高分子を基にした新規機能性DNゲルの開発に成功した。本結果は、DNゲルの高強度化手法を更に拡張し、従来は実現できなかった機能を発現させたという点で画期的である。また、ステントによるゲル膨潤挙動の理論的な考察を行った。中性ゲルに強電解質高分子(ステント)を導入すると、ステントの持つ高い浸透圧のためにゲルは膨潤する。ステント濃度が0.5Mに達するまでは、ゲルの膨潤挙動は一般的なゲル膨潤理論で説明可能であった。一方、ステント濃度が0.5M以上になると、ゲルの実際の膨潤度は理論値を下回った。本現象は、ステント濃度が大きい時、1st networkゲルの分子鎖の伸び切りが起こっていることを示している。また、本ゲルを基にSt-DNゲルを合成したところ、ステント濃度が0.5M以下の場合、ゲルの力学強度はステント濃度の増加に伴って大きくなるが、0.5M以上ではほぼ同じであった。ここから、St-DNゲルは1st networkが伸び切っているときに高強度化されることが示唆された。以上の成果を基に、現在4編の論文を投稿、あるいは執筆中である。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for JSPS Fellows, Hokkaido University, 10J02317

Industrial Property Rights

  • 高分子ゲル及びその製造方法
    Patent right, グン 剣萍, 黒川 孝幸, 中島 祐, 佐藤 仁美, 国立大学法人北海道大学
    特願2010-175795, 04 Aug. 2010
    特開2012-036262, 23 Feb. 2012
    201203074986301962
  • 高分子ゲルおよびその製造方法
    Patent right, グン 剣萍, 古川 英光, 黒川 孝幸, 武富 直之, 中島 祐, 国立大学法人 北海道大学
    特願2008-157241, 16 Jun. 2008
    特開2009-298971, 24 Dec. 2009
    200903019311227740
  • 高分子ゲルおよびその製造方法
    Patent right, ▲ぐん▼ 剣萍, 古川 英光, 黒川 孝幸, 黒田 慎也, 中島 祐, 国立大学法人 北海道大学
    特願2008-025667, 05 Feb. 2008
    特開2009-185156, 20 Aug. 2009
    200903066520680760