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2017 Fiscal Year Research-status Report

Depelopment and characterization of the quantized structure of Janus micelles

Research Project

Project/Area Number 17K14073
Research InstitutionThe University of Kitakyushu

Principal Investigator

藤井 翔太  北九州市立大学, 国際環境工学部, 研究員 (40794095)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Keywords単分散自己集合体 / ヤヌス粒子 / 正多面体
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、親水性金属ナノ粒子に疎水性ポリマー粒子を付加したダイマー型両親媒性ヤヌス粒子が形成するヤヌスミセルにおいて、その会合数とそのパッキング構造に分布や乱れがない、量子化された構造の創成を目指す。
ヤヌス粒子を創製する前段階として低分子系両親媒性化合物である強イオン性官能基を有するスルホナトカリクサレン系脂質の会合挙動について研究を行った。この脂質は、ヤヌス粒子のモデル分子となる。疎水性部位の体積が非常に小さいとき、プラトニックミセルとしては最小の会合数4の単分散テトラマーミセルを形成することを見出した。またこのミセルが強イオン性官能基を有していることから溶液の塩濃度によって敏感に形態変化が起き、会合数6のヘキサマーミセルへ変化することも明らかにした。この結果は、「soft matter」のバックカバーとして選出された。
また、このミセル系において疎水性部位の体積増加に伴い、非常に興味深い現象が観測された。通常のプラトニックミセルの会合数は正多面体の頂点数と一致するがこのミセル系では必ずしもその値と一致せず、疎水性部位の体積増加に伴い会合数17や24といったミセルを形成した。しかし、これら会合数もプラトニックミセル形成メカニズムで提案されている表面被覆率とミセル構造の熱力学的安定性との関係によって説明することができる。表面被覆率を考える際にクーロンポテンシャルを考慮した球面上の最密充填問題(トムソン問題)において、会合数17や24は被覆率が比較的高いことが示されている。つまり、スルホナトカリクサレン系ミセルのような強イオン性官能基をもつプラトニックミセルにおいてハードコアポテンシャルを考慮した球面最密充填問題(テーマス問題)ではなく、トムソン問題を考慮する必要があることが示唆された。この発見は、「Langmuir」へ報告した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまでの研究結果から、剛直な構造体であるスルホナトカリクサレン系ミセルも単分散ミセルを形成することを明らかにしてきた。またこのミセルの会合数は正多面体の頂点数と一致しないものであったが、ミセルの被覆率と熱力学的安定性の観点から説明できることが分かった。この概念を巨大粒子へと応用することでヤヌス系ミセル系におけるプラトニックミセル集合体の構築が可能となる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、ヤヌス系ミセルの足掛かりとして低分子化合物よりさらに巨大な高分子系ミセルにおけるプラトニックミセルを創製する。プラトニックミセルを形成するためには親水・疎水の界面面積を精密に制御する必要があり、従来の高分子系両親媒性化合物においてその精密制御は非常に困難である。そこで、ボトルブラシ状高分子を親水基として有する高分子系両親媒性化合物を合成し、そのブラシ鎖長を制御することで界面面積をコントロールする。得られる高分子系両親媒性化合物はまさにヤヌス系両親媒性化合物と同類のものであり、モデル巨大分子としてのその分子会合挙動を明らかにする。

  • Research Products

    (6 results)

All 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] A tetramer micelle: the smallest aggregation number corresponding to the vertex number of regular polyhedra in platonic micelles2018

    • Author(s)
      Fujii Shota、Takahashi Rintaro、Ha Lee Ji、Sakurai Kazuo
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 14 Pages: 875~878

    • DOI

      10.1039/C7SM02028G

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Rediscovering the Monodispersity of Sulfonatocalix[4]arene-Based Micelles2018

    • Author(s)
      Fujii Shota、Lee Ji Ha、Takahashi Rintaro、Sakurai Kazuo
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.8b00802

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Platonic Micelles: Monodispersity and discreteness of the aggregation number of calix[4]arene-based micelles2018

    • Author(s)
      藤井翔太
    • Organizer
      255rd ACS National Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Glutamic Acids Bearing Calix[4]arene Micelle: pH-Controllable Aggregation Number Corresponding to Regular Polyhedra2017

    • Author(s)
      藤井翔太
    • Organizer
      253rd ACS National Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Platonic Micelles Part 1: Monodisperse Sulfonatocalix[4]arene-based micelles with discrete aggregation numbers2017

    • Author(s)
      藤井翔太
    • Organizer
      254rd ACS National Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Amino Acid-Based Zwitterions Bearing Calixarene Micelles with pH-Controllable Aggregation Number Corresponding to Regular Polyhedra2017

    • Author(s)
      藤井翔太
    • Organizer
      ICBZM2017
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-12-17  

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