単一高分子鎖の直接観察に基づく高分子ダイナミクスの評価

• Project Area: Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems
• Project/Area Number: 21015015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 青木 裕之 京都大学, 先端医工学研究ユニット, 准教授 (90343235)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,400,000 (Direct Cost: ¥7,400,000); Fiscal Year 2010: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2009: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000)
• Keywords: 単一高分子鎖 / 表面・界面 / 高分子ダイナミクス / 応力緩和 / 蛍光顕微鏡 / 近接場光学顕微鏡

Research Abstract

本研究はバルク内の高分子鎖のダイナミクスを蛍光イメージング法による単一分子観察によって明らかにしようとするものである。本年度では、一軸伸張したポリメチルメタクリレート(PMMA)の応力緩和における高分子鎖のダイナミクスを近接場光学顕微鏡による単一高分子鎖の直接観察によって評価した。分子量200万の蛍光ラベルされたPMMAをバルクフィルム中に分散し、そのコンホメーションの変化を追跡した。今年度は分子量依存性に着目し、分子量200万のPMMAに対して種々の異なる分子量のPMMAを混合した系について緩和挙動を評価した。ガラス転移点以上で伸張比λ=2まで延伸した後、所定時間の応力緩和後に急冷することで構造を凍結させることで顕微鏡観察を行った。分子量200万のPMMAのみから成る試料については、複屈折によって評価される鎖セグメントの配向は緩和によって応力とともに減少するのに対して、鎖のコンホメーションについては伸張した形態を維持したままであることが分かった。これに低分子量成分を混合すると、その分率の増加とともに鎖の形態の緩和が促進された。これは低分子両成分の緩和による速いからみ合いの解消が起こったためであると考えられる。
鎖のコンホメーション観察による鎖全体の運動だけでなく、個々のセグメントレベルでのダイナミクスについても検討を行った。メタクリレート主鎖中央に蛍光色素であるペリレンジイミド分子を一個だけ導入し、色素分子の三次元配向状態を決定可能なデフォーカスイメージング法によって、その運動状態を評価した。その結果、ガラス転移点近傍では主鎖セグメントは一定の時間運動した後に再び静止し、所定の時間後にまた運動を再開するという運動の機構が存在することを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Segmental Orientation of Single Polymer Chain in Langmuir-Blodgett Film Studied by Defocus Fluorescence Imaging (2011)
  • Author(s): Hiroyuki Aoki, Toshiaki Takahashi, Shinzaburo Ito
  • Journal Title: Polym.J. Volume: 43 Pages: 218-221
  • NAID: 10027789250
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 単一分子計測による高分子鎖の構造評価 (2011)
  • Author(s): 青木裕之
  • Journal Title: 高分子 Volume: 60 Pages: 66-69
  • NAID: 10027789827
• [Journal Article] Conformational Relaxation of Single Polymer Chains Confined in Two-Dimensions Plane Studied by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2010)
  • Author(s): H.Aoki, R.Sekine, T.Iwamoto, S.Ito
  • Journal Title: Polym.J. 42 Pages: 124-130
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conformation of Single Homopolymer Chain in Micro-Phase Separated Block Copolymer Monolayer Studied by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2009)
  • Author(s): Y.Tamai, R.Sekine, H.Aoki, S.Ito
  • Journal Title: Macromolecules 42 Pages: 4224-4229
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Affine Deformation of Single Polymer Chain in Poly (methyl methacrylate) Films under Uniaxial Extension Observed by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2009)
  • Author(s): T.Ube, H.Aoki, S.Ito, J.Horinaka, T.Takigawa, T.Masuda
  • Journal Title: Polymer 50 Pages: 3016-3021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conformation of Single Block Copolymer Chain in Two-Dimensional Microphase-Separated Structure Studied by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2009)
  • Author(s): R.Sekine, H.Aoki, S.Ito
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 113 Pages: 7095-7100
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 近接場光学顕微鏡による高分子のナノ構造解析 (2009)
  • Author(s): 青木裕之
  • Journal Title: 高分子論文集 66 Pages: 312-320
  • NAID: 10025094206
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 超解像光学による界面/薄膜における単一高分子鎖の構造評価 (2011)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 日本化学会第91春季年会
  • Place of Presentation: 神奈川大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-03-26
• [Presentation] Dynamics of Single Polymer Chain Studied by Defocus Fluorescence Imaging Technique (2010)
  • Author(s): Hiroyuki Aoki, Toshiaki Takahashi, Shinzaburo Ito
  • Organizer: 5th Pacific Rim Conference on Rheology
  • Place of Presentation: Sapporo
  • Year and Date: 2010-08-05
• [Presentation] Properties of single polymer chain studied by near-field/super-resolution optical microscopy (2010)
  • Author(s): H.Aoki
  • Organizer: 6th Single Molecule Meeting
  • Place of Presentation: 東京工業大
  • Year and Date: 2010-03-10
• [Presentation] 単一分子観察による高分子鎖の構造とダイナミクスの評価 (2010)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 09-2高分子表面研究会
  • Place of Presentation: 東京理科大森戸記念館
  • Year and Date: 2010-01-15
• [Presentation] Conformation of single polymer chain in uniaxially stretched film studied by scanning near-field optical microscopy (2009)
  • Author(s): T.Ube, H.Aoki, S.Ito. J.Horinaka
  • Organizer: 11th Pacific Polymer Conference
  • Place of Presentation: ケアンズ(オーストラリア)
  • Year and Date: 2009-12-08
• [Presentation] Scanning near-field optical microscopy study for single homopolymer chain location and orientation in microphase-separated block copolymer monolayer (2009)
  • Author(s): Y.Tamai, R.Sekine, H.Aoki, S.Ito
  • Organizer: 7th Asia-Pacific conference on Near-Field Optics
  • Place of Presentation: 済州島(韓国)
  • Year and Date: 2009-11-26
• [Presentation] 近接場光学顕微鏡でみる絡み合い系における単一高分子鎖の伸長と緩和 (2009)
  • Author(s): 宇部達, 青木裕之, 伊藤紳三郎, 堀中順一
  • Organizer: 第57回レオロジー討論会
  • Place of Presentation: 宇部全日空ホテル
  • Year and Date: 2009-10-07
• [Presentation] Conformation of Single Poly(methyl methacrylate) Chains in an Ultra-Thin Film Studied by Scanning Near-Field Optical Microscopy (2009)
  • Author(s): 青木裕之
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] 超解像蛍光観察による単一高分子鎖の拡がりの解析 (2009)
  • Author(s): 青木裕之, 森一樹, 高橋利明, 伊藤紳三郎
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] 近接場光学顕微鏡による高分子単分子膜のミクロ相分離構造における単一分子鎖の形態評価 (2009)
  • Author(s): 玉井康成, 關根良潤, 青木裕之, 伊藤紳三郎
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 近接場光学顕微鏡でみる絡み合い系における単一高分子鎖の緩和挙動 (2009)
  • Author(s): 宇部達, 青木裕之, 伊藤紳三郎, 堀中順一
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] 単一分子イメージングによるポリメタクリレート高分子鎖の構造評価 (2009)
  • Author(s): 青木裕之, 森一樹, 高橋利明, 伊藤紳三郎
  • Organizer: 2009年光化学討論会
  • Place of Presentation: 桐生市市民文化会館
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Book] 近接場光のセンシング・イメージング技術への応用-最新のバイオ・化学・デバイス分野への展開-(分担執筆) (2010)
  • Author(s): 青木裕之
  • Publisher: シーエムシー出版