磁場を利用した新規高分子無機複合系材料の創製

• Project/Area Number: 15685013
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Polymer/Textile materials
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 黒木 重樹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (30293046)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥24,050,000 (Direct Cost: ¥18,500,000、Indirect Cost: ¥5,550,000); Fiscal Year 2005: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2004: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2003: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
• Keywords: PBLGゲル / 三次元NMRイメージング / チャンネルキャビティ / 発光ゲル / クリスチャンセン効果 / チャンネルキャビティー / 構造色 / 光学的異方性 / 高配向高分子ゲル / PBLG / 高磁場 / ^1H PFGSE NMR

Research Abstract

磁場を利用した新規高分子無機複合材料の創製に着手した。その結果、高配向高分子ゲルの作成に成功した。ポリ(γ-ベンジル-L-グルタメート)(poly(γ-benzyl L-glutamate):PBLG)を10.5Tの高磁場中で架橋剤の濃度を変化させて高配向PBLGゲルを合成したところ、ある架橋剤濃度でμmスケールのチャンネルが出現した。光学顕微鏡による高配向PBLGネットワークの観察の結果、高架橋密度のロッド状の高配向PBLGゲル中にμmスケールの直径を持ったチャンネルが数多く存在することがわかった。さらに三次元NMRイメージング法によりμmスケールの直径を持ったチャンネルは円柱軸方向、つまりPBLG鎖のα-ヘリックス軸と平行な方向につながっており、チャンネルキャビティがロッド状のサンプルの軸方向に貫通している様子を三次元的に捉えることに成功し、ロッド状ゲルの側面から500μmの領域にはチャンネルが形成されないこと、平均的なチャンネルの直径が98.99μmであることがわかった。このチャンネルキャビティのサイズを制御し、サブミクロンサイズまで小さくすれば構造色を発するのではないかと考え、ポリマー濃度、架橋剤濃度を変化させゲルの調製を行った。その結果、円柱軸方向、つまりPBLG鎖のα-ヘリックス軸と平行な方向から光を与えると光るゲルを調製することに成功した。それに対して垂直な方向から光を与えても光らないため、構造の異方性がその光学的性質に影響を及ぼしていることがわかった。また、膨潤溶媒を変化させると発光の波長と強度が変化するため、その発光は溶媒と高分子マトリックスとの屈折率の差に由来するクリスチャンセン効果によることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] Diffusion of probe polystylenes with different molecular weights in poly(methyl methacrylate) gels and inhomogeneity of the network structure as studied by time-dependent diffusioh NMR spectroscopy (2005)
  • Author(s): K.Kamiguchi, S.Kuroki, M.Satoh, L.Ando
  • Journal Title: Polymer 46 Pages: 11470-11475
• [Journal Article] Long-Channel Cavity and Gas Diffusion in Liquid-Crystalline Polyester with n-Alkyl Side Chains (2005)
  • Author(s): M.Matsui, Y.Yamane, S.Kuroki, L.Ando, K.Fu, J.Watanabe
  • Journal Title: Industrial & Engineering Chemistry Research 44 Pages: 8694-8698
• [Journal Article] NMR顕微鏡の高分子ゲルおよび高分子相分離系への展開 (2005)
  • Author(s): 黒木重樹, 小泉聡, 山根祐治, 安藤勲
  • Journal Title: 高分子論文集 62(10) Pages: 458-466
  • NAID: 10018279413
• [Journal Article] Polymerization of substituted acetylenes by the grubbs-hoveyda Ru carbene complex (2005)
  • Author(s): T.Katsumata, M.Shiotsuki, S.Kuroki, L.Ando, T.Masuda
  • Journal Title: Polymer Journal (Tokyo, Japan) 37(8) Pages: 608-616
  • NAID: 10019038101
• [Journal Article] Diffusion process of methane molecules in cylindrical channel cavities of oriented polyester with long n-alkyl side chains as studied by field-gradient ^1H NMR spectroscopy (2005)
  • Author(s): M.Matsui, Y.Yamane, S.Kuroki, L.Ando, K.Fu, J.Watanabe
  • Journal Title: Journal of Molecular Structure 739(1-3) Pages: 131-136
• [Journal Article] Structural characterization of channel cavities with micrometer-scale diameters in highly-oriented polypeptide gels by three-dimensional NMR imaging and diffusion NMR methods. (2005)
  • Author(s): Y.Yamane, S.Koizumi, S.Kuroki, L.Ando
  • Journal Title: Journal of Molecular Structure 739(1-3) Pages: 137-143
• [Journal Article] Structural characterization of poly(diethylsiloxane) in the crystalline, liquid crystalline and isotropic phases by solid-state ^<17>O NMR spectroscopy and ab initio MO calculation (2005)
  • Author(s): H.Kimura, S.Kanesaka, S.Kuroki, I.Ando, A.Asano, H.Kurosu
  • Journal Title: Magn.Reson.Chem. 43 Pages: 209-216
• [Journal Article] A study of structure and dynamics of water and lysozyme protein in aqueous solution by pulse-high-field-gradient spin-echo ^1H NMR and ^<17>O NMR methods (2004)
  • Author(s): A.Nohara, M.Kageyama, S.Kuroki, I.Ando
  • Journal Title: Progr Colloid Polym Sci. 125 Pages: 173-178
• [Journal Article] Image analysis of the spatial distribution of paramagnetic Pr^<3+> ions in a polymer gel by a ^1H-chemical shift NMR imaging method (2004)
  • Author(s): S.Yokota, A.Sasaki, Y.Hotta, Y.Yamane, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando
  • Journal Title: Macromolecular Symposia 207 Pages: 105-109
• [Journal Article] Preparation and characterization of highly oriented poly(γ-benzyl L-gultamate) networks and gels with long channels with micrometerscale diameters (2004)
  • Author(s): Y.Yamane, M.Kanekiyo, S.Koizumi, C.Zhao, S.Kuroki, I.Ando
  • Journal Title: Journal Applied Polymer Science 92(2) Pages: 1053-1060
• [Publications] M.Matsui, Y.Yamane, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando, K.Fu, J.Watanabe: "Structure and dynamics of rodlike polyster with long n-alkyl side chains over a wide range of temperature by solid state 13C NMR"Journal of Molecular Structure. 650(1-3). 175-180 (2003)
• [Publications] K.Murata, E.Katoh, S.Kuroki, I.Ando: "A study of the conformational stability of poly(β-benzyl l-aspartate), poly(γ-benzyl l-glutamate) and poly(β-benzyl l-aspartate)/poly(γ-benzyl l-glutamate) blend in the solid state by variable-temperature 13C CP/MAS NMR"Journal of Molecular Structure. 689(3). 223-235 (2004)
• [Publications] K.Murata, H.Kono, E.Katoh, S.Kuroki, I.Ando: "A study of conformational stability of polypeptide blends by solid state two-dementional 13C-1H heteronuclear correlation NMR spectroscopy"Polymer. 44(14). 4021-4027 (2003)
• [Publications] Y.Yamane, M.Matsui, H.Kimura, K.Kuroki, I.Ando: "Diffusional Inhomogeneity of Probe Molecules in Chemically Cross-Linked Polymer Gas As Studied by Time-Dependent Diffusion NMR"Macromolecules. 36(15). 5655-5660 (2003)
• [Publications] A.Tomeda, S.Morisaki, K.Watanabe, S.Kuroki, I.Ando: "1H NMR signal narrowing of solid polymer by high frequency oscillation"Chemical Physics Letters. 376(3,4). 346-349 (2003)
• [Publications] S.Kanesaka, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando, S.Fujishige: "Diffusional Behavior of Poly(diethylsiloxane) in the Liquid Crystalline and Isotropic Phases As Studied by High Field-Gradient NMR"Macromolecules. 37(2). 453-458 (2004)