Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

高分子ゲル / 体積相転移 / 動的光散乱 / ゲル化 / ゲルの物性 / 微小電位測定 / ゲル / 電解質高分子 / イオン性ゲル / 電位分布 / pH分布

体積相転移のメカニズムに関する研究:ゲルの体積相転移に対する従来の現象論を批判的に検討し、2つのゲル相の間の相転移であるという考えが誤りである事を指摘した。従来の考えと異なり、収縮相はゲルではなくて析出網目であるという新しい相転移モデルを提案した。Poly-N-isopropylacrylamideゲルの収縮相の動的光散乱測定および弾性測定を初めて実行し、新たに提案されたモデルを支持する結果を得た。
イオン性ゲルのメソ相形成に関する研究:イオンを含むゲルにおける電荷分離を伴うメソ相形成を光散乱によって初めて検出した。メソ相周期は光の波長よりも遙かに小さいので、これまで光散乱では検出出来ないと考えられていたが、本実験により緩和時間に顕著な以上が見出された。
体積相転移点近傍とスピノーダル点近傍における弾性率および弾性緩和測定:電子天秤と微動電動ステージを用いた弾性率測定装置を開発した。この装置は特に、ゴム状物質やゲルの機械的測定に適し、静的弾性率のほか、応力一定の弾性緩和、ひずみ一定の弾性緩和を共に高精度で測定できる。この装置を用いて、体積相転移を起こして収縮相に入ったゲルの弾性率と弾性緩和を初めて測定し、またスピノーダル分解に伴う弾性以上の存在を初めて見出した。
生体多糖ゲルと合成ゲルとの構造的相違の研究:生体ゲルであるゼラチンおよびκ-carrageenanと合成ゲルであるイオン性アクリルアミド系ゲルとの動的光散乱測定を行い、両者の動的挙動の相違を、解析検討し、両者の架橋構造の相違に対する知見を得た。

高分子ゲル / 体積相転移 / 結合水 / 不凍水 / ブリルアン散乱 / 動的光散乱 / FTIR / NMR / ゲル

本研究では、ブリルアン散乱、動的光散乱(DLS)、赤外分光(FTIR)、および核磁気共鳴(NMR)の各測定により、N-isopropylacrylamide(NIPA)ゲルの体積相転移の、特に収縮相における結合水の状態を中心に研究を行った。
体積相転移点近傍でのブリルアン散乱の測定は、これまでに前例が無く、本研究で初めて行われた。とくに、転移点近傍での試料の変形と濁りが消えるのに、非常な長時間を要し、測定だけで半年を要した。転移点観測された音波吸収係の極大について、転移における水の役割との関連で、興味深い議論が行われた。DLSにより、ゲル収縮相のダイナミクスが膨潤相のそれとは非常に異なるものであることが明らかとなった。膨潤相は液体的であるのに対して収縮相は固体的であり、網目の集団拡散モードは低周波側に移動し、高周波側には新たなモードが現れる。後者の起源は、側鎖の局所的運動と考えられる。次にFTIRでは、アミドと水との水素結合によって誘起される、アミドIおよびII各モードの振動数変化が観測できた。収縮ゲル中には、NIPAモノマー1に対して4分子のH_2Oが存在するが、アミドに水素結合するのはその内の2分子と考えられる。残る2分子は直接水素結合しないでその周囲に存在するか、または結合する水分子は、一定の時間間隔で入れ替わっていると思われる。網目に結合しているプロトンのNMRを、15-45℃の範囲で、温度の関数として測定した。収縮相ではそれらのプロトンのスペクトルは観測できなかったが、これは膨潤相に比べて収縮相では網目の熱運動が、極めて強く制限されるためであると解釈できる。この結果は、収縮相が固体的であると言うDLSの結果を裏付けている。

【研究分担者】
岡嶋孝治	東京工業大学	大学院・生命理工学研究科	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
山本達之 (山元達之)	東京工業大学	生命理工学部	助手	(Kakenデータベース)