2017 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of rheological properties of hetero-colloidal suspensions toward the prediction of transport phenomena in soil and water environments
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17J00332
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
山口 敦史 筑波大学, 生命環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | コロイド / タンパク質 / レオロジー / 物質移動 / 降伏値 / 吸着 / 粒子間相互作用 / 不均一な表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，農村工学的な物質輸送の予測・制御技術の高度化に資するため，コロイド粒子と異符号に帯電した有機物のヘテロな混合懸濁液のレオロジー特性を，粒子間相互作用の大きさとその発生メカニズムの観点から，定量的に明らかにすることを目的としている．具体的には，モデル系としてシリカ粒子とリゾチームを使用し，実験と理論解析を用いて研究を進めている。採用初年度である29年度に行った研究の主な成果は以下の通りである。
リゾチームのシリカ粒子への最大吸着量の支配因子を明らかにするため，吸着量の測定および理論モデルを用いた解析を行った。理論モデルは，低pH条件におけるリゾチームの最大吸着量のKCl濃度依存性を，定性的に表現することができた。この結果から，低pH条件においては，リゾチーム間の横方向の電気的な反発力が，リゾチームのシリカへの最大吸着量を支配する要因であると結論付けられた。一方で，いずれのpHにおいても，理論モデルと実験値は定量的な一致を示さなかったことから，シリカ上でのリゾチームの配置や，リゾチーム内の電荷の分布が吸着量に影響することが示唆された。
リゾチームが存在しない条件でのシリカ粒子間の相互作用を評価するために，シリカ懸濁液の降伏値をpHを変化させながら測定した。その結果，シリカ粒子のみの系であっても，粒子間相互作用のpH依存性が確認された。また，シリカ粒子のみの系では，KCl濃度が低い条件においてpHによらず降伏値は現れなかった。一方で，リゾチームとシリカの混合系では，低KCl濃度条件であっても降伏値が観察されることから，リゾチームがシリカ粒子間の引力を増加させることが示された。
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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
当初の予定通り，リゾチームのシリカ粒子への最大吸着量を決める要因を明らかにするために，吸着量の測定および理論モデル解析を行った。一方で，申請時の計画から一部変更して，静的光散乱を用いたフロックの構造解析ではなく，シリカ懸濁液の降伏値の測定による粒子間力評価を優先させた。これは，平成30年度に予定しているリゾチームが吸着したシリカ粒子間力の直接測定の結果や，これまでに取得したリゾチームとシリカの混合懸濁液の降伏値の評価を行う際に，シリカ懸濁液の降伏値を測定することが必要であると判断したためである。29年度に行わなかった，静的光散乱を用いた低濃度域でのフロックの構造解析は，最終年度である31年度に行う。また，計算コストが大きく，時間がかかることが見込まれたため，31年度に予定していた粒子間相互作用の理論モデル解析を，共同研究者と協力して予定を前倒しにして開始した。
上記の通り，申請時の計画から一部変更があったが，全体としての進度はおおむね予定通りである。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度の研究から，吸着したリゾチームの配置やリゾチーム内での電荷の分布が，リゾチームの吸着機構やリゾチームが吸着したシリカ間の粒子間相互作用に影響することが推察された。そこで採用2年目にあたる30年度は，当初の予定通り，AFMを用いて，吸着したリゾチームの配置の測定およびリゾチームが吸着したシリカ間の粒子間力測定を行う。加えて，電気化学的な技術を組合わせることで基盤の表面電位を任意に変化させながら吸着量を測定できるQCM-Dを用いて，リゾチームの金表面への吸着量，およびリゾチームと同程度の大きさでより均一な表面をもつデンドリマーの吸着量を測定する。上記の実験を通して，リゾチーム内の電荷の不均一な分布が吸着機構に与える影響や，吸着したリゾチームの配置，およびリゾチームがシリカ粒子間の相互作用に与える影響を，より精緻に検討する。
当該年度は，当初の予定から変更して，バイロイト大学のPapastavrou教授の下で研究を行う。これは，粒子間力測定および表面のキャラクタライズに精通したPapastavrou教授の下で研究を行うで，より研究の進捗が望めると判断したためである。
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