2018 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of nano-to-submicron-sized exclusive pods and their spatial functionalization
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18KK0142
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
高藤 誠 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (50332086)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
龍 直哉 熊本県産業技術センター(ものづくり室、材料・地域資源室、食品加工室), その他部局等, 研究員 (90743641)
伊原 博隆 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (10151648)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノ・マイクロ粒子 / ディンプル構造 / 閉鎖性空間 / コアシェル微粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
メソからナノサイズの空間を精密制御する技術が盛んに研究されており、資源、エネルギー、環境などの様々な分野で応用されている。一方で、ナノからサブミクロンサイズの空間を創出する技術はレーザー加工や転写成型などのトップダウン法が利用されており、平面基板上での構造形成に限定されるなど、構造的、機能的な制約が大きい。本研究では、ボトムアップ的手法を利用してマイクロ粒子界面にナノ・サブミクロンサイズの閉鎖性ポッド空間を創成するとともに、ポッド空間へのナノ粒子や巨大分子の格納、保持、放出挙動ならびに空間内部の物質拡散性や反応性を解明する。さらにポッド内部の空間構造、界面構造を制御することでポッド内部に特異的環境場を創出する。担体であるマイクロ粒子は、キャリアや固定相として利用できるため、ポッド空間内部に格納した物質の担持、運搬が可能であり、その特徴を活用した機能性材料の開発を目指している。
今年度は、ポリマー微粒子界面にナノサイズからサブミクロンサイズの閉鎖性空間（ポッド）構造を作製するため、（１）テンプレートとなるナノシリカの表面修飾による疎水化度の制御、（２）表面修飾ナノシリカを分散させた重合性モノマー分散液をオイル相とするO/W懸濁重合を利用したナノシリカ界面固定化コアシェル微粒子の作製、（３）フッ酸をもちいたナノシリカの化学的除去による界面ポッド空間の創出、について検討した。粒径および表面疎水化率の異なるナノシリカを用いることで、ポッド空間のサイズ、開口部（ゲート）サイズを制御することが可能であることを確認した。一方で、ポッド構造の充填密度や単分散性（分布）については、さらなる検討の余地があるため、次年度以降、継続して取り組む計画である。
今年度の研究成果は、招待講演１件を含む計３件の報告として国際学会で発表した。
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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
本研究では、ボトムアップ的手法を利用してマイクロ粒子界面にナノ・サブミクロンサイズの閉鎖性ポッド空間を創成するとともに、ポッド内部の空間構造、界面構造を制御することでポッド内部に特異的環境場を創出することを目的としている。担体であるマイクロ粒子は、キャリアや固定相として利用できるため、ポッド空間内部に格納した物質の担持、運搬が可能であり、その特徴を活用したナノ・サブミクロン空間を利用した機能性材料の開発を目指す。
今年度は、界面ポッド構造をもつポリマー微粒子の作製とポッド内部空間の構造制御について検討した。界面疎水化ナノシリカを分散させた重合性モノマーをオイル（O）相として、O/W懸濁重合により、界面にナノシリカを集積したコアシェル微粒子を作製した。ナノシリカ表面の疎水化率を制御することにより、ポリマー微粒子界面におけるナノシリカの埋り込み深さを制御した。界面のナノシリカの充填密度は、コアであるポリマー微粒子のサイズに依存しており、充填密度の制御にはポリマー微粒子のサイズ制御が重要であることが示唆された。また、フッ酸を用いた化学的処理により界面シリカナノを除去することで、ポリマー界面にナノシリカのサイズに応じたポッド状の空孔を作製することに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、ポリマー微粒子界面のポッド構造について、さらに精密かつ単分散に制御するための技術開発を行うとともに、ポッド開口部（ゲート）のサイズの単分散性の評価手法を確立する。さらに、ポッド内表面の機能化を目的として、ポッド内表面の化学修飾について検討する。ポッド内表面にイオン性基や疎水性基を導入することで、ポリマー微粒子の外部環境とは異なる環境をポリマー微粒子界面のポッド空間に創出させる。ポッド内表面の化学修飾によるナノ薄膜層形成のための技術開発、分析法については、海外共同研究者であるフランス国立科学研究センター（ボルドー大学、フランス）のR. ODA博士と共同して開拓を行う計画である。作製した内表面を化学修飾した数１０ナノからサブミクロンサイズのポッド構造内部へ液体物質、粉体を含む固体物質の取込みについて検討するとともに、格納後の保持、放出挙動の調査ならびにポッドのゲートサイズによる制御を試みる。ポッド内部の分子のモビリティ評価、物質の拡散性・流動性に関して、固体NMR測定、２次元NMR測定により解析を行うとともに、ポッド内部に格納した物質の保護効果を評価する。さらに、ポッド内部に格納した物質の選択的放出、外部刺激応答型の放出を目的とし、ポリマーネットワークハイドロゲルを利用したゲートキャッピング技術を開発する。
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| Causes of Carryover |
海外共同研究者との研究に関する協議を次年度の7月に実施する様に計画し、国内の若手研究者に加え、国内共同研究者を含めた合同での協議を開催することとし、そのための旅費（追加を含め３名分）を次年度に使用することとした。
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