2015 Fiscal Year Research-status Report
新規な相転移ダイナミックスの統計力学の構築による異方性ゲル化の解明とその応用
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15K05241
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
山本 隆夫 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80200814)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土橋 敏明 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (30155626)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 異方性ゲル / ゲル化ダイナミックス / Moving Boundary 描像 / 透析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)化学ポテンシャルが一軸方向に傾斜をしている濃厚高分子溶液系の動的モンテカルロシミュレーションを行った結果、傾斜が空間位置によらず一定の場合でも高分子鎖が配向する、配向方向は傾斜方向、という２つのことが分かった。加えてその配向度はセグメント間引力により増加することが分かった。この結果は、架橋剤流入による化学ポテンシャル傾斜で高分子濃厚溶液が配向後結合されて異方性ゲルとなる考え方を支持している。
(2)カードランを塩酸に浸漬し透析させることで作製されるゲルにおいて生じるゲル化ダイナミックスの遷移を説明できるゲル化度Ψと流入架橋剤密度ρで記述されたゲル化が起こるゲル層とゾル層の境界面近傍の溶液（境界溶液）の自由エネルギーf(Ψ,ρ)を求めた。この自由エネルギーの形状よりゲル化のダイナミックスは最終流入架橋剤密度でほぼ決定されてしまうことがわかった。
(3)(2)の自由エネルギーは流入架橋剤密度ρを透析内液pHに見なすことで透析内液環境依存型のゲル化にも適応できることが分かった。抗凝固剤の入っている血漿のカルシュウムイオンによるゲル化が、架橋剤流入と透析内液環境変化の双方によるゲル化現象であることが予想されるので、抗凝固剤の入っている血漿のカルシュウムイオンによるゲル化実験を行ったところ予想通りMovimg Boundary(MB)描像で記述できるダイナミックスを得た。ただし、ラグタイムが生じるという予期しない結果が得られた。
(4)f(Ψ,ρ)の詳細を検討するために架橋剤が消費しないゲル化の実験を行った。このようなゲル化は酵素による血漿のゲル化で具現できる。結果は予想されたMB描像で記述できるゲル化ダイナミックスに加えてそれより遅れのある異方化ダイナミックスの二つが現れた。このことは、ゲル化と異方化が別々に生じることを示唆し、関数f(Ψ,ρ)のさらなる一般化を要求している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(i)27年度研究計画の計画Ⅰに相等する内容をほぼ遂行できたと考えられる。なぜなら、①動的モンテカルロシミュレーションにより化学ポテンシャル傾斜があれば高分子鎖が配向することが分かった、②当初は、複雑な化学ポテンシャルの形状を仮定していたがその必要がないことが分かった、という二つのことが分かったからである。高分子鎖配向のマイクロレオロジーとしては主要な部分は理解できたと考えている。
(ii)27年度研究計画の計画Ⅱに相当する内容はほぼ遂行できたと考える。なぜなら、①妥当な性質を示す境界溶液の自由エネルギーを導出することが出来た、②(i)で述べたような状況から異方性ゲル化に必要な空間不均一性はそれほど精密なものではなく熱的性質に傾斜がある程度で十分であることが分かった、からである。境界溶液自由エネルギーについては重要なところは理解できたと考えている。
(iii)27年度研究計画の計画Ⅲにに相当する内容はほぼ遂行できたと考える。なぜなら、血清を透析内液として用いて、今までの異方性ゲル化実験にない条件下の実験を行うことができたからである。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画Ⅳ：化学ポテンシャル傾斜のみで高分子鎖の配向が起こることの理由を解明する。そのために、①化学ポテンシャルの傾斜場がある場合の動的モンテカルロシミュレーションを行い高分子鎖の形状の変化の様子の詳細を調べる。②①の形状の様子を再現する現象論的モデルを構築する。
計画Ⅴ：化学ポテンシャル傾斜による高分子鎖の配向方向は傾斜方向であるが、架橋剤流入における高分子鎖の配向方向はしばしば架橋剤流に対して垂直である。これは、化学ポテンシャル傾斜により架橋剤流方向に配向した高分子鎖が傾斜で移動してゲル部分に衝突し、回転することにより配向方向が変わるためと考えた。シミュレーションでこのことを確認する。
計画Ⅵ：27年度に導出した境界溶液自由エネルギーf(Ψ,ρ)を用いてΨの時間変化をρの関数として追いかけることを試みる。これによって、27年度の結果(3)で述べたラグタイムの原因を探ると共に、27年度に得た(2)の結果についてより定量的な解析を行う。
計画Ⅶ：ゲル化と異方化が別々に生じる場合の理論の構築を試みる。
計画Ⅷ：血漿のゲル化では、カルシュウムイオン、酵素そして抗凝固剤という役割の違うゲル化因子が現れる。血漿のゲル化の実験を行うことで境界溶液描像をより明確なものにしていく。
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| Causes of Carryover |
27年度のガラス器具および試薬の消耗が予想より少なかったことと、購入予定計算機の値段の変動で少額のあまりが出た。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度使用予定のガラス器具および試薬の購入経費、計算機パーツの購入経費として当てることにする。
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