2021 Fiscal Year Annual Research Report
Particle tracking method for the measurement of structural change in food-related gels using quantum dots
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18K05519
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
槇 靖幸 九州大学, 理学研究院, 准教授 (50400776)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 食品ゲル / ソフトマター / 粒子追跡法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くの食品は熱力学的に非平衡状態のソフトマターであり、その微視的構造は時間と共に変化する。系に分散させたコロイド粒子の運動からソフトマターの構造・物性を評価する粒子追跡法は、食品のゲルや分散系への応用が広がっている。従来の粒子追跡法では数百nm-1μmのプローブ粒子がよく用いられる。本研究では数nmから数十nmのプローブ粒子、特に量子ドットに着目し、これを用いた食品ゲルの微視的構造変化の計測について検討してきた。
最終年度は、粒子追跡法の測定に影響を及ぼす粒子とゲル網目の相互作用について、粒子のサイズと表面特性の効果に着目して調査した。コラーゲンの酸性溶液を中性緩衝液で透析して得られるコラーゲンゲルは、相分離により直径数百μmの管状構造を生じる（多管構造ゲル）。コラーゲン溶液にプローブ粒子を懸濁して多管構造ゲルを作製し、粒子特性に依存した粒子の局在の違いを見出した。カルボキシ基、アミノ基を表面に持つ粒子はコラーゲン濃厚相にのみ局在したが、表面に親水性高分子（PEG）をグラフトした粒子では、希薄相と濃厚相の両方に存在した。PEGの立体斥力が粒子のゲル網目への吸着を低減すると考えられた。粒子の局在は粒子サイズにも依存し、粒子が大きいほど濃厚相に多く分配される傾向があった。小さい粒子ほど粒子とゲル網目の相互作用を小さくなると考えられた。以上の結果は比較的大きな（数百nn-1μm）粒子で得られた知見であるが、同様の傾向は数十nm以下の粒子でも確認された。カルボキシ基を表面に持つ50 nmの粒子はアガロースゲル網目に吸着して運動しないが、牛血清アルブミンで被覆した粒子ではブラウン運動が観察された。また、カルボキシ基を表面に持つ量子ドット（6 nm）のアガロースゲル中での運動を動的光散乱により確認した。ゲル網目との相互作用の観点において、小さいプローブ粒子の利用の有用性が明らかとなった。
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