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微小時間スケールのコロイド粒子ダイナミクス定量評価手法の確立

Research Project

Project/Area Number 18J02101
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Polymer chemistry
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

呉羽 拓真  東京大学, 物性研究所, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords光散乱 / コロイド粒子 / ダイナミクス / ハイドロゲル / 動的光散乱法 / 蛍光分光法 / コロイド
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題の主目的であるコロイド粒子のダイナミクス評価において、必須の評価法である動的光散乱法(DLS)を駆使することが重要であり、当該年度ではその評価法の確立を行なった。用いたコロイド粒子は、水で膨潤し、やわらかい高分子ゲルからなるハイドロゲル微粒子を採用した。このようなソフトコロイドは、希薄濃度においては通常のコロイド粒子と同様に水中でブラウン運動しているが、濃度を増加させていくと、系内で互いに圧縮されることで変形し、相互貫入することでソフトコロイドガラスと呼ばれるペースト状になる。本研究では、ゲル微粒子の濃度変化に対するダイナミクス変化をDLSにより評価し、その解析手法の確立を行なった。
ゲル微粒子は、高濃度時に多重散乱を抑制できるほどの微小サイズのPoly(N-isopropyl acrylamide)からなるゲル微粒子を選択した。解析において、得られる自己相関関数(g2(τ) - 1, 以下ICF)をどのように解釈するかが重要であり、各濃度において特徴的なICFを得た。希薄濃度では従来通りゲル微粒子の並進拡散を観測したが、濃度を増加させると2つの緩和が観測された。一つ目の緩和は、ゲル微粒子自身の拡散が周りの微粒子により阻害されるジャミング化を反映している。もう一つの緩和は、ゲル微粒子内部の高分子網目の協同拡散であると考えられ、拡散係数の転移が観測できた。このダイナミクスの存在はこれまでほとんど議論されておらず、硬質微粒子のガラス化挙動では観測されない特徴的なものである。
本実験から、ゲル微粒子懸濁液のダイナミクスはコロイドとゲルの特徴を示し、化粧品や増粘剤等の製品としてだけでなく、光散乱法を駆使したソフトマター物理化学の理解のための有用なモデル材料であることがわかり、DLSによる新たな評価法を確立できたと考えている。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2019 2018

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Hydrogel Microellipsoids that Form Robust String-like Assemblies at the Air/Water Interface2019

    • Author(s)
      Honda Kenshiro、Sazuka Yuka、Iizuka Kojiro、Matsui Shusuke、Uchihashi Takayuki、Kureha Takuma、Shibayama Mitsuhiro、Watanabe Takumi、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 印刷中 Issue: 22 Pages: 7294-7298

    • DOI

      10.1002/anie.201901611

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Non‐Thermoresponsive Decanano‐sized Domains in Thermoresponsive Hydrogel Microspheres Revealed by Temperature‐Controlled High‐Speed Atomic Force Microscopy2019

    • Author(s)
      Nishizawa Yuichiro、Matsui Shusuke、Urayama Kenji、Kureha Takuma、Shibayama Mitsuhiro、Uchihashi Takayuki、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 58 Issue: 26 Pages: 8809-8813

    • DOI

      10.1002/anie.201903483

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Concentration dependence of the dynamics of microgel suspensions investigated by dynamic light scattering2019

    • Author(s)
      Kureha Takuma、Minato Haruka、Suzuki Daisuke、Urayama Kenji、Shibayama Mitsuhiro
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 15 Issue: 27 Pages: 5390-5399

    • DOI

      10.1039/c9sm01030k

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 光から観たゲル微粒子2019

    • Author(s)
      呉羽拓真、柴山充弘
    • Journal Title

      高分子

      Volume: 68 Pages: 497-498

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] 周囲の温度に応答する高分子ハイドロゲルの物性評価2019

    • Author(s)
      呉羽拓真
    • Journal Title

      物性研だより

      Volume: 59 Pages: 7-9

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] High Reusability of Catalytically Active Gold Nanoparticles Immobilized in Core-Shell Hydrogel Microspheres2018

    • Author(s)
      Kureha Takuma、Nagase Yasuhisa、Suzuki Daisuke
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 3 Issue: 6 Pages: 6158-6165

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b00819

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamic Fluctuations of Thermoresponsive Poly(oligo-ethylene glycol methyl ether methacrylate)-Based Hydrogels Investigated by Dynamic Light Scattering2018

    • Author(s)
      Kureha Takuma、Hayashi Kyohei、Ohira Masashi、Li Xiang、Shibayama Mitsuhiro
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 51 Issue: 21 Pages: 8932-8939

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.8b02035

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 感温性ハイドロゲルの物性評価2019

    • Author(s)
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • Organizer
      第68回高分子学会年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 動的光散乱法によるゲル材料のダイナミクス評価2019

    • Author(s)
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • Organizer
      第18回関東ソフトマター研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 側鎖にエチレングリコールを有する温度応答性ゲルの力学特性2019

    • Author(s)
      林 恭平、呉羽 拓真、Li Xiang、柴山 充弘
    • Organizer
      第68回高分子学会年次大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 側鎖にエチレングリコール誘導体を有する温度応答性ゲルの力学評価2019

    • Author(s)
      林 恭平、呉羽 拓真、Li Xiang、柴山 充弘
    • Organizer
      つくばソフトマター研究会2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 生体不活性な高分子ゲルのダイナミクス2019

    • Author(s)
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • Organizer
      第30回高分子ゲル研究討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 生体適合性ハイドロゲルのダイナミクス2018

    • Author(s)
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • Organizer
      平成30年度 繊維学会秋季研究発表会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 温度応答性ゲルのネットワークゆらぎ2018

    • Author(s)
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • Organizer
      第8回ソフトマター研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamic Fluctuations of Thermo-responsive Poly(oligo-ethylene glycol methacrylate)-based Hydrogels Investigated by Dynamic Light Scattering2018

    • Author(s)
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • Organizer
      1st Glowing Polymer Symposium in Kanto
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 生体適合性ゲルの熱ゆらぎ評価2018

    • Author(s)
      呉羽拓真、林恭平、Li Xiang、柴山 充弘
    • Organizer
      第28回日本MRS年次大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Volume Transition of Poly (Oligo Ethylene Glycol Methacrylate)-based Hydrogels2018

    • Author(s)
      Takuma Kureha, Xiang Li and Mitsuhiro Shibayama
    • Organizer
      82nd Prague Meeting on Macromolecules - Polymer Networks and Gels 2018 and 24th meeting of the international Polymer Networks Group
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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