感熱応答性ブロック共重合体の水溶液中におけるミセル形成の分子機構

• Project Area: Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems
• Project/Area Number: 21015019
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 佐藤 尚弘 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10196248)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 四方 俊幸 大阪大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (10178858)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥7,800,000); Fiscal Year 2010: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2009: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000)
• Keywords: 高分子構造・物性 / 自己組織化 / 超分子化学 / ナノ材料 / メゾスコピック系

Research Abstract

感熱応答性ブロック共重合体であるpoly (N-isopropyl-aclylamide)-b-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)(PNIPAM-b-PNVP)の水溶液中、温度変化によって形成される様々なミセルの形成機構を解明し、高分子ミセルの高精度な構造制御を目的として研究を行った。まず同系でミセル化を引き起こす起源となっているPNIPAMブロック鎖と水との相互作用を詳細に調べるために、NIPAMと親水性モノマーacrylamideとのランダム共重合体P(NIPAM-AAM)の水溶液に対する誘電緩和測定を行い、高分子に水和している水分子のうちNIPAM-NIPAM間およびNIPAM-AAM間の橋架け水和水が温度上昇に伴って脱水和することを明らかにした。他方、PNIPAM-b-PNVPは水溶液中で44℃以上の昇温によってはじめ巨大なベシクルが形成されるが、さらに高温で球状ミセルを形成することを見出した。これは、昇温によってPNIPAMブロック鎖が次第に脱水和してミセルコアの体積が小さくなること、すなわちPNIPAM-b-PNVPの形状因子が減少することにより説明された。また、ベシクルが存在する溶液中には非常にサイズの異なるミセルが共存することを動的光散乱とパルス磁場勾配NMRの併用によって実証した。さらに、ミセル構造は水溶液の熱履歴に依存し、室温からゆっくりと60℃付近まで昇温すると、巨大ベシクルが溶液中に残存し、60℃あるいは70℃に温度ジャンプさせた球状ミセルを含む水溶液を44℃に冷却するとベシクルが、50℃に冷却すると円筒状ミセルが形成されることを見出した。

Research Products

• [Journal Article] Rheo-SANS Studies on Shear-thickening/thinning in Aqueous Rodlike Micellar Solutions (2011)
  • Author(s): Makiko Takeda, Takumi Kusano, Takuro Matsunaga, Hitoshi Endo, Mitsuhiro Shibayama, Toshiyuki Shikata
  • Journal Title: Langmuir Volume: 27 Pages: 1731-1738
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Flower Micelle of Amphiphilic Random Copolymers in Aqueous Media (2010)
  • Author(s): Y.Tominaga, M.Mizuse, A.Hashidzume, Y.Morishima, T.Sato
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B Volume: 114 Pages: 11403-11408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution Properties of Amylose Tris(3,5-dimethylphenylcarbamate) and Amylose Tris(phenylcarbamate) : Side Group and Solvent DependentChain Stiffness in Methyl Acetate, 2-Butanone, and 4-Methyl-2-pentanone (2010)
  • Author(s): M.Tsuda, K.Terao, Y.Nakamura, Y.Kita, S.Kitamura, T.Sato
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 43 Pages: 5779-5794
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ポリアクリル酸との複合体形成に伴うコラーゲンモデルペプチド三重らせん構造の安定化挙動 (2010)
  • Author(s): 喜田裕介, 寺尾憲, 佐藤尚弘
  • Journal Title: 高分子論文集 Volume: 67 Pages: 686-689
  • NAID: 10027624255
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 感熱応答性ブロック共重合体の水溶液中におけるミセル形成の分子機構 (2010)
  • Author(s): 佐藤尚弘, 田中紘平, 遊佐真一
  • Journal Title: 機能材料 Volume: 7 Pages: 14-19
• [Journal Article] 両親媒性ランダム共重合体の水溶液中でのミセル構造 (2010)
  • Author(s): 佐藤尚弘, 冨永幸雄, 水瀬麻里, 橋爪章仁, 森島洋太郎
  • Journal Title: 表面 Volume: 48 Pages: 11-20
  • NAID: 40017182246
• [Journal Article] Evaluation of Nematic Interaction Parameter between Polymer Segments and Low-Mass Molecules in Mixtures (2010)
  • Author(s): Shogo Nobukawa, Osamu Urakawa, Toshiyuki Shikata, Tadashi Inoue
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 43 Pages: 6099-6105
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 超分子ポリマー系の構造とダイナミックス (2010)
  • Author(s): 四方俊幸
  • Journal Title: 高分子 Volume: 59 Pages: 705-708
  • NAID: 10026584813
• [Journal Article] Induced Circular Dichroism of an Optically Active Polyfluorene Derivative in Phase-Separating Solutions (2010)
  • Author(s): Yusuke Sanada ; Takahiro Sato
  • Journal Title: Polymer Journal 42 Pages: 195-200
  • NAID: 10026364330
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高分子に溶解した低分子のダイナミックス (2010)
  • Author(s): 浦川理, 信川省吾, 四方俊幸, 井上正志
  • Journal Title: 日本レオロジー学会誌 38 Pages: 41-46
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Viscoelastic Behavior of Aqueous Solutions of Charged Hybrid Threadlike Micelles (2010)
  • Author(s): Nakamura, K.; Shikata, T.
  • Journal Title: Nihon Reoroji Gakkaishi(日本レオロジー学会誌) 38 Pages: 31-39
  • NAID: 10029818653
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomalous Dehydration Behavior of a Short Collagen Model Polypeptide, (L-Prolyl-L-ProlylGlycyl)_5, in Aqueous Solution (2010)
  • Author(s): Shikata, T.; Yoshida, N.; Okuyama, K.
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry Letters 1 Pages: 412-416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Macromolecular Assemblies in Solution : Characterization by Light Scattering (2009)
  • Author(s): Takahiro Sato ; Yasuhiro Matsuda
  • Journal Title: Polymer Journal 41 Pages: 241-251
  • NAID: 10025091153
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal Denaturation, Renaturation, and Aggregation of a Double-Helical Polysaccharide Xanthan in Aqueous Solution (2009)
  • Author(s): Yasuhiro Matsuda ; Yusuke Biyajima ; Takahiro Sato
  • Journal Title: Polymer Journal 41 Pages: 526-532
  • NAID: 10025092620
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systematic Dielectric and NMR Study for I-alkyl-3-methyl-imidazolium Series (2009)
  • Author(s): Nakamura, K.; Shikata, T.
  • Journal Title: ChemPhysChem 11 Pages: 285-294
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure, Dynamics and Hydration Behavior of a Collagen Model Polypeptide, (L-Prolyl-L-ProlylGlycyl)_10, in Aqueous Media : a Chemical Equilibrium Analysis of Triple Helix-to-Single Coil Transition (2009)
  • Author(s): Shikata, T.; Minakawa, A.; Okuyama, K.
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B 113 Pages: 14504-14512
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics and Hydration Behavior of a Short Collagen Model Polypeptide, (L-Prolyl-L-ProlylGlycyl)_5, in Aqueous Media (2009)
  • Author(s): Shikata, T.; Yoshida, N.; Okuyama, K.
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B 113 Pages: 9055-9058
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Thermally Induced Morphology Change of Thermoresponsive Block Copolymer Micelles in Aqueous Solution (2010)
  • Author(s): Kohei Tanaka, Takahiro Sato, Shin-ichi Yusa
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center (USA)
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] Micellar Structure of Amphiphilic Random and Alternating Copolymers in Aqueus Solution (2010)
  • Author(s): T.Sato, M.Ueda, M.Mizuse, A.Hashidzume
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center (USA)
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] Hydration behavior of partially hydrophilically modified poly(N-isopropylacrylamide) in aqueous solution (2010)
  • Author(s): Toshiyuki Shikata
  • Organizer: 環太平洋化学会議
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center (USA)
  • Year and Date: 2010-12-17
• [Presentation] 水素結合性有機ゲルの構造とダイナミックス (2010)
  • Author(s): 四方俊幸、英謙二
  • Organizer: 田中豊一記念シンポジウム2010
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-20
• [Presentation] 環状および高分子量線状アミロースの水溶液でのナノレオロジー (2010)
  • Author(s): 四方俊幸
  • Organizer: 第58回レオロジー討論会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2010-10-04
• [Presentation] 広域誘電緩和による高分子と溶媒のダイナミクス (2010)
  • Author(s): 四方俊幸
  • Organizer: ゲルワークショップ イン 奈井江
  • Place of Presentation: ホテル北乃湯(北海道)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-18
• [Presentation] 希薄溶液中におけるブロック共重合体の球状ミセルから2分子層へのモルフォロジー変化 (2010)
  • Author(s): 田中紘平, 遊佐真一, 佐藤尚弘
  • Organizer: 第59回高分子討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] ステレオブロック共重合体のステレオコンプレックス形成による超分子ポリマー形成-ブロック鎖長とその比が会合状態に及ぼす影響 (2010)
  • Author(s): 山崎真輝, 北浦健大, 北山辰樹, 田中紘平, 佐藤尚弘
  • Organizer: 第59回高分子討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] 水溶液中でのポリイオンコンプレックス形成の非可逆性 (2010)
  • Author(s): 上野勝之, 上野眸, 佐藤尚弘
  • Organizer: 第59回高分子討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] 水素結合性超分子ポリマーの電気複屈折挙動 (2010)
  • Author(s): 四方俊幸、北村直也、英謙二
  • Organizer: 第59回高分子討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] Characterization of Polymer Assemblies by Light Scattering (2010)
  • Author(s): Takahiro Sato
  • Organizer: Light Scattering Seminar
  • Place of Presentation: Seoul National University (Seoul, Korea)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-08
• [Presentation] Amphiphilic Random Copolymers in Aqueous Solutions : Micellization and Rheology (2010)
  • Author(s): Takahiro Sato, Tomohiko Kimura, Akihito Hashidzume
  • Organizer: 5th Pacific Rim Conference on Rheology
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2010-08-05
• [Presentation] Structure and Dynamics of Supramolecular Polymers Formed by Hydrogen Bonds in Apolar Solvents (2010)
  • Author(s): Toshiyuki Shikata, Takuya Nishida, Kenji Hanabusa
  • Organizer: 5^<th> Pacific Rim Conference on Rheology
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌)
  • Year and Date: 2010-08-02
• [Presentation] Hydration and Dynamics of Pullulan in Aqueous Solution (2009)
  • Author(s): Shikata, T
  • Organizer: International Seminar on Food Hydrocolloids
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
  • Year and Date: 2009-12-01
• [Presentation] コラーゲンモデルポリペプチドの水溶液中でのダイナミックスと水和挙動 (2009)
  • Author(s): 四方俊幸, 皆川綾子, 吉田奈央, 奥山健二
  • Organizer: 第1回ナノレオロジー研究会
  • Place of Presentation: 東京大学生産技術研究所
  • Year and Date: 2009-10-22
• [Presentation] Micellar Structure of a Thermoresponsive Amphiphilic Block Copolymer Controlled by the Heating Rate and Block Length Ratio (2009)
  • Author(s): Takahiro Sato
  • Organizer: The 1^<st> Federation of Asian Polymer Societies (FAPS) Polymer Congress
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(名古屋市)
  • Year and Date: 2009-10-21
• [Presentation] コラーゲンモデルポリペプチド(Pro-Pro-Gly)_<10>水溶液のダイナミックスII (2009)
  • Author(s): 皆川綾子, 四方俊幸, 奥山健二
  • Organizer: 第57回レオロジー討論会
  • Place of Presentation: 宇部全日空ホテル(山口)
  • Year and Date: 2009-10-07
• [Presentation] コラーゲンモデルポリペプチド(Pro-Pro-Gly)_<10>水溶液のダイナミックスI (2009)
  • Author(s): 皆川綾子, 四方俊幸, 奥山健二
  • Organizer: 第57回レオロジー討論会
  • Place of Presentation: 宇部全日空ホテル(山口)
  • Year and Date: 2009-10-07
• [Presentation] コラーゲンモデルポリペプチド(Pro-Pro-Gly)_5水溶液の誘電緩和挙動 (2009)
  • Author(s): 吉田奈央, 四方俊幸, 奥山健二
  • Organizer: 第57回レオロジー討論会
  • Place of Presentation: 宇部全日空ホテル(山口)
  • Year and Date: 2009-10-07
• [Presentation] 部分的に親水化したポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)の水和とダイナミックス (2009)
  • Author(s): 前田朋子, 四方俊幸
  • Organizer: 第57回レオロジー討論会
  • Place of Presentation: 宇部全日空ホテル(山口)
  • Year and Date: 2009-10-07
• [Presentation] コラーゲンモデルポリペプチド(Pro-Pro-Gly)_<10>水溶液の誘電緩和挙動I (2009)
  • Author(s): 皆川綾子, 四方俊幸, 奥山健二
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] コラーゲンモデルポリペプチド(Pro-Pro-Gly)_<10>水溶液の誘電緩和挙動II (2009)
  • Author(s): 皆川綾子, 四方俊幸, 奥山健二
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] コラーゲンモデルポリペプチド(Pro-Pro-Gly)_5水溶液の誘電緩和挙動 (2009)
  • Author(s): 皆川綾子, 吉田奈央, 四方俊幸, 奥山健二
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 部分的に親水化したPoly(N-isopropylacrylamide)の水和挙動 (2009)
  • Author(s): 前田朋子, 四方俊幸
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 感熱応答性ブロック共重合体の水溶液中でのミセル化挙動 (2009)
  • Author(s): 田中紘平
  • Organizer: 第58回高分子討論会(高分子学会)
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] マレイン酸ナトリウム/ドデシルビニルエーテル交互共重合体の希薄水溶液中における会合挙動の分子量依存性 (2009)
  • Author(s): 上田元気
  • Organizer: 第58回高分子討論会(高分子学会)
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] 両親媒性ランダム共重合体が水溶液中で形成する花形ミセル (2009)
  • Author(s): 佐藤尚弘
  • Organizer: 第58回高分子討論会(高分子学会)
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本市)
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] 感熱応答性ブロック共重合体の水溶液中でのミセル化挙動 (2009)
  • Author(s): 田中紘平
  • Organizer: 第55回高分子研究発表会(神戸)(高分子学会)
  • Place of Presentation: 兵庫県民会館(神戸市)
  • Year and Date: 2009-07-17
• [Remarks]
  • URL: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/sato/sato_lab_j/index_j.html