2015 Fiscal Year Research-status Report
局所粘弾性測定による食品関連ソフトマターのガラス的側面
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15K20906
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
槇 靖幸 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (50400776)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | コロイド / ガラス / 食品 / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
局所粘弾性測定における測定条件を決定するため、ガラス的な応答を示す食品関連ソフトマターとして、温度応答性のゼラチンゲルや応力応答性の血清アルブミンゲルの巨視的なレオロジー測定を実施した。コロイドガラスのモデル系として用いるゲル微粒子濃厚分散液を作製するために、N-イソプロピルアクリルアミド（NIPA）ゲル微粒子を懸濁重合法により調製した。NIPAモノマーと架橋剤と開始剤を含む水溶液を80℃に加熱することで重合し、その後繰り返し透析することでNIPAゲル微粒子分散液を得た。得られたNIPAゲル微粒子の希薄分散液の静的・動的光散乱により、重量分子量7,700,000,000, 流体力学的半径260 nmのほぼ単分散の球状ゲル微粒子が得られたことがわかった。ここから計算される重なり合い濃度C/C*は0.17g/mLで、この数倍の濃度でコロイドガラスを形成することが考えられた。上記のような通常の懸濁重合法で得られるゲル微粒子は、粒子内部に架橋密度の不均一性を持つ可能性が指摘されている。より均一なゲル微粒子を得るため、架橋剤の逐次添加による重合方法の改良を試みたが、重合方法の効果を静的光散乱ではっきり確認することができなかった。このため、今後の研究では通常の懸濁重合法によるゲル微粒子を用いることとした。また、倒立顕微鏡の試料部分に温度制御可能なユニットを組み込み、温度制御をしながら微粒子の観察ができるようにした。半径1μmのポリスチレン微粒子の水懸濁液を顕微鏡下で観察し、デジタルカメラに記録した画像を解析することにより、ポリスチレン微粒子の粒子追跡ができるようなシステムを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
倒立顕微鏡の試料の温度制御と粒子追跡のシステムは構築できたが、粘弾性測定のシステム構築と検証の段階に至らなかった。これは、温度制御用機材の納入が業者の都合で大幅に遅れてしまい、これに伴って局所粘弾性測定のシステム構築と検証が遅れてしまったためである。また、コロイドガラスのモデル系として用いるNIPAゲル微粒子の合成は達成できたが、濃厚分散液がコロイドガラス系としての性質を示すことの検証と実験条件探索には至らなかった。これは、NIPAゲル微粒子の重合方法の検討に予想以上に時間がかかってしまったためである。巨視的レオロジーを用いたガラス的応答を示す食品関連ソフトマターの実験条件探索は予定通りに遂行することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
既に合成したNIPAゲル微粒子を用いて、ゲル微粒子濃厚分散液を作製する。巨視的なレオロジー測定を通して、コロイドガラスのモデル系として利用することができる条件を決定する。同時に、局所粘弾性測定における微粒子を懸濁する媒体として、グリセリン水溶液などによる粘度の異なるニュートン流体や、ポリエチレングリコール水溶液などによるモデル粘弾性流体を用いて、局所粘弾性システムの構築と検証を進める。現在の測定手法は1個の粒子を追跡する1粒子マイクロレオロジーと呼ばれる方法であるが、2個の粒子の相関を利用する2粒子マイクロレオロジー法の導入についても検討する。次に、ゲル微粒子濃厚分散液のコロイドガラスの局所粘弾性測定を行い、コロイドガラスの粘弾性の空間不均一性について検討する。さらに、温度応答性ゲルのモデル系としてゼラチンゲルのエイジング過程の局所粘弾性測定を進めるとともに、マイクロメーターヘッド等を利用して顕微鏡下の試料にずり変形を加えられるセルの試作を行う。試料の局所温度変化・局所変形を行うために当初の計画に含まれていた光ピンセットシステムの導入は、現在の予算では困難であるため、異なる方法での局所温度変化・局所変形の可能性を新たに考案するか、巨視的な温度変化・ずり変形の制御の高精度化を進めるかの検討を行う。
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