2002 Fiscal Year Annual Research Report
ミクロ/マクロ三次元画像解析法によるゲルの刺激-応答機構の解明と分子設計への展開
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12450380
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
安藤 勲 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20016637)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒木 重樹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (30293046)
佐藤 満 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (10143679)
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| Keywords | 磁場勾配NMR / ゲル / 金属イオン / 拡散係数 / NMRイメージング / ダイナミックス / 三次元画像化 / ミクロ・マクロスケール |
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| Research Abstract |
私どもが開発した三次元NMRイメージングシステムと超磁場勾配NMRプローブシステムを併用して測定した高分子ゲルの三次元画像化した情報をもとに、機能性ゲルの刺激-応答の機構をミクロおよびマクロレベルから解明し、分子設計まで展開する方法論を確立した。さらに、同位体ラベルした網目密度の均一なゲルおよび網目密度の不均一なコンポジットゲル、また金属イオンを含んだゲルに刺激として電場、温度、混合溶媒の組成変化を与え、その応答としてゲルの収縮および変形、金属イオンの移動、網目高分子鎖の構造・ダイナミックスの変化をNMRイメージング法で実時間のイメージ画像を測定し、応答のミクロおよびマクロレベルから解明を行った。さらに、私どもが開発した高分解能^1HNMRイメージングプローブに本申請で導入した高速データ処理システムを組み込み、従来にない三次元高分解能イメージ画像の観測に成功した。また、電場印加実験ができるようにNMRプローブ内での装置の組み込みを行った。本システムを利用して、次のような研究成果を得た。(1)このシステムのなかにハイドロゲルを設置し、電場の印加時間を関数としてゲルの収縮過程を核スピン密度の空間分布および運動の目安になる緩和時間T_2の空間分布を測定し、画像解析することにより収縮機構を解明した。(2)金属イオン(Mn^<2+>, Pr^<2+>およびCu^<2+>イオン)を含んだゲルに電場印加することにより、金属イオンの空間分布を決定する。これにより金属イオンが網目鎖内をどのように相互作用しながら拡散するのかを解明した。また、超磁場勾配パルスNMRプローブを用いて網目鎖内の溶媒とプローブ分子または金属イオンの拡散機構の精度高い解析を行う。出来るだけ磁場勾配の強さを大きくし、拡散係数が10^<-11>-10^<-12>cm^2s^<-1>まで測定できるように超磁場勾配NMRプローブを改良し超磁場勾配パルスNMRの拡散の機構の研究への応用の範囲を広げた。
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[Publications] S.Yokota, A.Sasaki, Y.Hotta, Y.Yamane, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando: "Images analysis of spatial distribution of paramagnetic Pr^<3+> ions in a hydro-polymer gel by ^1H chemical shift NMR imaging method"Macromol. Symp.. (in press). (2003)
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[Publications] Y.Hotta, I.Ando: "A study of shrinkage process of a polymer gel under electric field by ^1H NMR imaging method usin an NMR cell with thin platinum electrodes"J. Mol. Structure. 602/603. 165-170 (2002)
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[Publications] Y.Yamane, M.Kobayashi, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusional behavior of amino acids in solid-phase reactron field as studied by ^1H pulse-field-gradient spin-echo NMR method"Polymer. 43. 1767-1772 (2002)
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[Publications] M.Kobayashi, S.Kuroki, I.Ando, K.Yamauchi, H.Kimura, K.Okita, M.Tsumura, K.Sogabe: "A structural study of silicon-based interpenetrating polymer networks by solid state ^1H and ^<13>C NMR spectroscopy"J. Mol. Structure. 602/603. 321-333 (2002)
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[Publications] M.Kanekiyo, M.Kobayashi, I.Ando, H.Kurosu, S.Amiya: "A study of solvent exchange process in (ethylene-vinyl alcohol) copolymer gels by ^1H NMR imaging method"J. Appl. Polymer. Sci.. 86. 504-508 (2002)
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[Publications] Y.Yin, C.Zhao, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusional behavior of rod-like poly(n-alkyl L-glutamates) with different main-chain lengths in the thermotropic liquid crystalline state as studied by pulse field-gradient spin-echo ^1H NMR method"Macromolecules. 35. 2335-2338 (2002)
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[Publications] I.Ando, S.Kuroki, C.Zhao, M.Kobayashi, M.Matsukawa: "Polymer Gels and Networks : Chapter 2"Marcel Dekkar, Inc., New York, USA. 73 (2002)
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[Publications] I.Ando, M.Kobayashi, C.Zhao, Y.Yin, S.Kuroki: "Encyclopedia of NMR : Structural and dynamic characterization of soft polymers by solid state NMR and field gradient NMR"Interscience, John-Wiley, New York, USA. 18 (2002)
