生分解性高分子表界面に顕れる複雑系固有の物性の探索と制御法の開発

• 研究課題/領域番号: 24560033
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 関西学院大学
• 研究代表者: 高橋 功 関西学院大学, 理工学部, 教授 (10212010)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2012年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 生分解性高分子 / 表面・界面 / 薄膜 / 結晶化度 / 分子の配向性 / ガラス転移 / X線反射率 / 表面 / X線表面回折・散乱 / 結晶性 / 高分子結晶 / X線表面回折 / X線表面散乱 / 結晶化

研究成果の概要

X線の表面散乱・回折手法を主な研究手段として、生分解性高分子や生体高分子等の薄膜やその表面、基板との界面における構造とモフォロジーの形成・消失過程の定量的な観察を行った。分子性物質の融解、結晶化、ガラス化は界面と分子の相互作用や、運動可能な領域（膜厚）により大きく変化するため、生分解性高分子薄膜の融解、結晶化、ガラス化に伴って生じる固有の構造とモフォロジーの定量的な観察と理解は物性の理解と構造制御手法の確立に際して極めて重要な知見を提供するものである。今回特にポリヒドロキシ酪酸（PHB）とポリ乳酸（PLLA、PDLA）等の薄膜について研究を行い、結晶化度と分子の配向性の制御に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Controlling X-ray beam trajectory with a flexible hollow glass fibre (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, T. Nakatani, R. Onitsuka, K. Sawada and I. Takahashi
  • 雑誌名: J. Synchrotron Rad. 巻: 21 号: 1 ページ: 61-61
  • DOI: 10.1107/s1600577513029706
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Depth-dependent inhomogeneous characteristics in supported glassy polystyrene films revealed by ultra-low X-ray reflectivity measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: Chunming Yang, Kohei Ishimoto, Syunsui Matsuura, Naoki Koyasu and Isao Takahashi
  • 雑誌名: Polymer Journal 巻: 46 号: 12 ページ: 873-879
  • DOI: 10.1038/pj.2014.80
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Melting and beta to alpha transition behavior of beta-PBA and the beta-PBA/PVPh blend investigated by synchrotron SAXS and WAXD (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiaoli Sun, Junteng Liu, Isao Takahashi and Shouke Yan
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 4 号: 74 ページ: 39101-39109
  • DOI: 10.1039/c4ra04752d
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relaxor Behavior on Phase Transition of (Sr0.68Ba0.32)2Nb2O7 Single Crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukikuni Akishige, Shinya Tsukada, and Isao Takahashi
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 83 号: 7 ページ: 073601-5
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.073601
  • NAID: 210000133160
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Confinement effects on glass transition temperature, transition breadth, and linear expansivity: An ultraslow X-ray reflectivity study on supported ultrathin polystyrene films (2013)
  • 著者名/発表者名: Chunming Yang, Rena Onitsuka, and Isao Takahashi
  • 雑誌名: The European Physical Journal E 巻: 36 号: 6 ページ: 66-73
  • DOI: 10.1140/epje/i2013-13066-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature-driven surface morphology evolution of Poly(3-hydroxybutyrate) single layer and Poly(3-hydroxybutyrate)/Poly(vinyl phenol) bilayer on Si Wafers (2013)
  • 著者名/発表者名: Chun-zhu Yan, Lin Guo, Xiao-li Sun, Shou-ke Yan and Isao Takahashi
  • 雑誌名: Chinese Journal of Polymer Science 巻: 31 号: 3 ページ: 407-418
  • DOI: 10.1007/s10118-013-1240-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of Poly(vinylphenol) Sublayer on the Crystallization Behavior of Poly(3-hydroxybutyrate) Thin Films (2013)
  • 著者名/発表者名: Xiaoli Sun, Zhen Chen, Feng Wang, Shouke Yan and Isao Takahashi
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 46 号: 4 ページ: 1573-1581
  • DOI: 10.1021/ma302349a
  • 査読あり
• [学会発表] 単鎖型糖脂質のコアゲル形成に与える電解質と凍結技法の組み合わせ効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小河重三郎、古賀舞都、朝倉浩一、高橋功、小山内州一
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学（千葉県船橋市）
  • 年月日: 2015-03-27
• [学会発表] Si 単結晶薄膜におけるピコ秒格子歪み分布の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西森一喜、Marcus Newton、小川奏 、富樫格、矢橋牧名、河口智也、境田真志、高橋功、市坪哲、松原英一郎、西野吉則、田中義人
  • 学会等名: 日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 立命館大学（滋賀県草津市）
  • 年月日: 2015-01-11
• [学会発表] Observation of quench rate dependence of negative thermal expansion of polystyrene thin films supported on Si substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Nishimori, Syunsuke Nakahara, Kazuki Sekiya, Yang Chunming, Isao Takahashi
  • 学会等名: Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces
  • 発表場所: Hawaii (U.S.A.)
  • 年月日: 2014-12-10
• [学会発表] Crystallization of biodegradable Poly-[(R)-3-hydroxybutyrate] ultrathin films revealed by surface-sensitive X-ray diffractions: Effect of small amount of biodegradable Poly(L-lactide)s with different molecular weights (2014)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Torimoto, Naoki Shimatani, Raghunatha Reddy Kumetha, and Isao Takahashi
  • 学会等名: Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces
  • 発表場所: Hawaii (U.S.A.)
  • 年月日: 2014-12-09
• [学会発表] P3HT-based multilayer ultrathin films characterized with surface-sensitive X-ray scatterings -Temperature and substrate dependence of crystalline structure- (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Shima, Ryosuke Iseiki, Junpei Takemoto, and Isao Takahashi
  • 学会等名: Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces
  • 発表場所: Hawaii (U.S.A.)
  • 年月日: 2014-12-09
• [学会発表] Polystyrene超薄膜に顕れる負の熱膨張係数のアニール条件依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西森一喜、中原俊輔、關屋和貴、楊春明、高橋功
  • 学会等名: 日本結晶学会年会及び総会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-11-01
• [学会発表] 導電性高分子P3HT薄膜中における分子配向の熱的挙動と基板効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 志摩祐介、堀部佑真、井関亮介、高橋功
  • 学会等名: 日本結晶学会年会及び総会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-11-01
• [学会発表] 生分解性高分子Poly-[( R)-3-hydroxybutyrate]の結晶化に対するPoly(L-lactide)の分子量・ブレンド比依存性の評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鳥本直隆、嶋谷直紀、Kummetha Raghunatha Reddy、高橋功
  • 学会等名: 日本結晶学会年会及び総会
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-11-01
• [学会発表] Crystallization by thermal processing of Poly(lactide) stereocomplex thin films (2014)
  • 著者名/発表者名: Isao Takahashi, Yukihiro Ozaki and Kummetha Raghunatha Reddy
  • 学会等名: 23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Montreal (Canada)
  • 年月日: 2014-08-09
• [学会発表] Controlling Molecular Chain Orientation in Ultrathin Films of Biodegradable Poly(lactide) Stereocomplex (2014)
  • 著者名/発表者名: Kummetha Raghunatha Reddy, Yukihiro Ozaki and Isao Takahashi
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Polymeric Materials 2014
  • 発表場所: Kuala Lumpur (Malaysia)
  • 年月日: 2014-05-14
  • 招待講演
• [学会発表] New techniques for controlling crystallinity and crystallographic orientation of biodegradable poly[(R)-3-hydroxybutyrate] lamellae in ultrathin polymer-blend films (2012)
  • 著者名/発表者名: Isao Takahashi, Xiaoli Sun, Shouke Yan, Harumi Sato, Yukihiro Ozaki, and Hideto Tsuji A
  • 学会等名: Joint Meeting of the Asian Crystallographic Association (AsCA), Society of Crystallographers in Australia
  • 発表場所: Adelaide Convention Centre, Adelaide (Australia)
• [学会発表] Novel molar mass effects of Poly(L-lactic acid) on crystallization of biodegradable Poly[3-hydroxybutyrate] in ultrathin polymer blend (2012)
  • 著者名/発表者名: Isao Takahashi
  • 学会等名: 16th International Conference on Solid Films and Surfaces (ICSFS-16)
  • 発表場所: the University of Genoa, Genoa (Italy)
• [学会発表] Fabrication and characterization of polystyrene surface with atomic-scale surface roughness (2012)
  • 著者名/発表者名: Katsumi Shimizu, Syoushi Higuchi, Amane Kitahara, Hikaru Terauchi, and Isao Takahashi
  • 学会等名: 16th International Conference on Solid Films and Surfaces (ICSFS-16)
  • 発表場所: the University of Genoa, Genoa (Italy)
• [学会発表] 生分解性ポリマーPLLA/PDLA ブレンド薄膜におけるStereocomplex 体の熱的挙動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中谷貴司・大路祐介・浅野孝司・孫暁麗・高橋功
  • 学会等名: 日本結晶学会
  • 発表場所: 東北大学、仙台市、宮城県
• [学会発表] SiOH 基板上に支持されたガラス形成低分子フルクトースの超薄膜構造―ガラス転移付近での膜厚の温度依存性― (2012)
  • 著者名/発表者名: 松浦俊水・辻内祥吾・西森一喜・清水勝美・高橋功
  • 学会等名: 日本結晶学会
  • 発表場所: 東北大学、仙台市、宮城県
• [学会発表] 単分散ポリスチレン超薄膜のガラス転移と緩和特性の基板依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鬼塚怜奈・鳥本直隆・石本紘平・楊春明・高橋功
  • 学会等名: 日本結晶学会
  • 発表場所: 東北大学、仙台市、宮城県
• [学会発表] SiOH 基板上に支持されたアデノシン三リン酸薄膜およびグアノシン薄膜の表面モルフォロジーと構造の熱依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 昆田栄二・志摩祐介・高橋功
  • 学会等名: 日本結晶学会
  • 発表場所: 東北大学、仙台市、宮城県
• [学会発表] 単分散ポリスチレン超薄膜のガラス転移緩和特性に対する基板効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鬼塚怜奈、鳥本直隆、石本紘平、楊春明、高橋功
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学、横浜市、神奈川県
• [学会発表] Crystallinity and Crystallographic Orientation of Biodegradable Poly[(R)-3-hydroxybutyrate] Thin Films blended with Biodegradable Poly(lactic acid) -An Effective Use of Novel Confinement Effects
  • 著者名/発表者名: Isao Takahashi, Harumi Sato, Yukihiro Ozaki, Xiaoli Sun and Shouke Yan
  • 学会等名: The 3rd polymer Congress of the Federation of Asian Polymer Societies and MACRO 2013
  • 発表場所: Bangalore, India
• [学会発表] Temperature-induced Structural Changes in Biodegradable Poly(lactide) Stereocomplex Ultrathin Films as Viewed From the Combination of IR-RAS and GIXD
  • 著者名/発表者名: Kummetha Raghunatha Reddy, Takashi Nakatani, Isao Takahashi and Yukihiro Ozaki
  • 学会等名: The 3rd polymer Congress of the Federation of Asian Polymer Societies and MACRO 2013
  • 発表場所: Bangalore, India
• [学会発表] Thickness-dependent Relaxation and Glass Transition Width of Ultrathin Polystyrene Films studied by X-ray Reflectivity
  • 著者名/発表者名: Isao Takahashi, Rena Onitsuka and Chunming Yang
  • 学会等名: The 7th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 招待講演
• [学会発表] Novel Confinement Effects on Crystallinity and Orientation Emerging in Ultrathin Biodegradable Poly(lactic acid)/Poly(3-hydroxybutyrate) Polymer Blend
  • 著者名/発表者名: Isao Takahashi, Harumi Sato, Yukihiro Ozaki, Xiaoli Sun and Shouke Yan
  • 学会等名: APME 2013 (IUPAC 10th International Conference on Advanced Polymers via Macromolecular Engineering)
  • 発表場所: Durham, UK
• [学会発表] Glass transition width of polystyrene thin films with thicknesses comparable to the radius of gyration investigated using X-ray reflectivity
  • 著者名/発表者名: Isao Takahashi and Chunming Yang
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: Doshisha University, Kyoto
• [学会発表] Molecular hydration of guanosine revealed by surface-sensitive X-ray scatterings with amorphous ultrathin films deposited on hydrophilic substrates
  • 著者名/発表者名: Eiji Konda, Yoshitaka Ono, Yusuke Shima and Isao Takahashi
  • 学会等名: The12th Meeting of the Asian Crystallographic Association
  • 発表場所: Hong Kong
• [学会発表] Reversible negative thermal expansivity of fructose thin films emerging from anisotropic geometry
  • 著者名/発表者名: Shogo Tsujiuchi, Atsushi Nishio, Kazuki Nishimori, Shunsui Matsuura, Kummetha Raghunatha Reddy and Isao Takahashi
  • 学会等名: The12th Meeting of the Asian Crystallographic Association
  • 発表場所: Hong Kong
• [学会発表] A novel out-of-equilibrium dynamics observed in glassy polystyrene ultrathin films with thicknesses thinner than the radius of gyration
  • 著者名/発表者名: Rena Onitsuka, Kohei Ishimoto, Naotaka Torimoto, Chihaya Nishiwaki, Chunming Yang and Isao Takahashi
  • 学会等名: The12th Meeting of the Asian Crystallographic Association
  • 発表場所: Hong Kong
• [学会発表] Role of surface and interface interactions on the molecular structure of biodegradable poly(Lactide) stereocomplex ultrathin films viewed from GIXD and IR-RAS measurements
  • 著者名/発表者名: Kummetha Raghunatha Reddy, Takahashi Isao and Yukihiro Ozaki
  • 学会等名: The12th Meeting of the Asian Crystallographic Association
  • 発表場所: Hong Kong
• [学会発表] 単分散ポリスチレン超薄膜のガラス転移緩和特性に対する基板効果II
  • 著者名/発表者名: 鬼塚怜奈，西脇千早，鳥本直隆，楊春明，高橋功
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] 低分子ガラス物質フルクトースの超薄膜の構造解明 ガラス転移温度近傍での膜厚の温度依存性
  • 著者名/発表者名: 辻内祥吾，西尾篤，西森一喜，清水勝美，Kummetha Raghunatha Reddy，高橋功
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] SiOH基板に支持されたグアノシン薄膜における表面モルフォロジーと水和反応のその場観察
  • 著者名/発表者名: 昆田栄二，大野慶貴，志摩祐介，高橋功
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] SiOH 基板上の低分子ガラス物質フルクトース超薄膜の構造－ガラス転移点近傍の膜厚の温度依存性
  • 著者名/発表者名: 辻内祥吾・西尾 篤・西森一喜・松浦俊水・Kummetha Raghunatha Reddy・高橋 功
  • 学会等名: 平成25年度日本結晶学会年会
  • 発表場所: 熊本大学
• [学会発表] Structure and Crystal Orientation of Biodegradable Poly(Lactide) Stereocomplex Ultrathin Films as Revealed by IR-RAS and GIXD Measurements
  • 著者名/発表者名: Kummetha Raghunatha Reddy・Yukihiro Ozaki・Takahashi Isao
  • 学会等名: 平成25年度日本結晶学会年会
  • 発表場所: 熊本大学
• [学会発表] SiOH 基板上に支持されたグアノシン薄膜における表面モルフォロジーと構造の湿度依存性
  • 著者名/発表者名: 昆田栄二・大野慶貴・志摩祐介・高橋 功
  • 学会等名: 平成25年度日本結晶学会年会
  • 発表場所: 熊本大学
• [学会発表] 単分散ポリスチレンのガラス転移と緩和特性の基板依存性II
  • 著者名/発表者名: 鬼塚怜奈・西脇千早・鳥本直隆・楊春明・高橋功
  • 学会等名: 平成25年度日本結晶学会年会
  • 発表場所: 熊本大学
• [学会発表] ポリスチレン超薄膜に顕れる負の熱膨張係数
  • 著者名/発表者名: 西森一喜，關屋和貴，楊春明，Kummetha Raghunatha Reddy，高橋功
  • 学会等名: 2013年真空・表面科学会合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
• [学会発表] 生分解性高分子Poly-[(R)-3-hydroxybutyrate]の結晶化に対する poly(L-lactide)の分子量・ブレンド比依存性
  • 著者名/発表者名: 鳥本直隆，嶋谷直樹，Raghunatha Reddy Kumetha，高橋功
  • 学会等名: 2013年真空・表面科学会合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
• [学会発表] 導電性高分子P3HT薄膜中の分子配向の基板効果
  • 著者名/発表者名: 志摩祐介，井関亮介，竹本淳平, 高橋功
  • 学会等名: 2013年真空・表面科学会合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場
• [備考] 高橋功研究室
  • URL: http://sci-tech.ksc.kwansei.ac.jp/~itakahashi/jap/index.html
• [備考] 研究業績データーベース
  • URL: http://www.kwansei.info/src/
• [備考] 関西学院大学 研究業績データベース
  • URL: http://www.kwansei.info/src/
• [備考] 高橋功研究室ホームページ
  • URL: http://sci-tech.ksc.kwansei.ac.jp/~itakahashi/jap/reseach.html