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2011 Fiscal Year Research-status Report

二分子膜共連結構造の非線形レオロジー

Research Project

Project/Area Number 23740315
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

藤井 修治  長岡技術科学大学, 工学部, 助教 (40401781)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2013-03-31
Keywords共連結構造 / 二分子膜 / スポンジ相 / レオロジー / 構造転移
Research Abstract

両親媒性分子が形成するニ分子膜は、ある温度・濃度の条件下において3次元的共連結構造を形成する。この共連結構造は、周期性をもつキュービック相や、周期性をもたないスポンジ相の2種類に分類される。これらの共連結構造においてはニ分子膜が応力を支えるため、ニ分子膜の欠陥形成や形態変化はレオロジー特性に顕著な影響を及ぼす。ところが、そのレオロジー特性はニ分子膜の構造変化の観点から議論されてはいない。本研究ではニ分子膜共連結構造であるスポンジ相に着目し、構造変化とレオロジー挙動との相関を明らかにすることを目的とした。まず、(i) 流動下において二分子膜のゆらぎに関する動的情報を得るために、マイクロレオロジー測定用の流動拡散波分光装置(DWS)の改良とRheo-DWSの構築を行った。自作の拡散波分光装置に平行平板ガラスからなる流動セルシステムを組み込んだ。次に(ii) AOT/Brine/H2O三成分系の相図作成を行い、イオン性界面活性剤AOTのスポンジ相領域を明確にした。相図はAOT濃度、塩濃度、温度を変えて作成した。温度範囲20℃から25℃の範囲で低温側から順にラメラ/スポンジ共存相、スポンジ相、スポンジ/ミセル共存相を確認した。AOT系について得た相図を基にレオロジー測定を行い、AOT濃度が増すに連れて、低ずり速度領域におけるシアシニング挙動が顕著となるが、高ずり速度域ではニュートニアンへとレオロジー挙動が変化することを明らかにした。このレオロジー挙動における変化は二分子膜の構造変化と密に関連すると考えられる。また非イオン性界面活性剤C10E3系のスポンジ相を用い、不純物添加による二分子膜のダイナミクスへの影響を調べるために、C10E3/PEO/水系、C10E3/Glucose/水系、C10E3/Pluronic/水系のそれぞれについて相図作成を行い、スポンジ相領域を特定した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

流動下における動的光散乱測定、および、拡散波分光測定を可能にするために、流動セルを散乱装置に取り付けた。また、光散乱測定では精密な温度制御が必要であり、そのためにペルチェ素子を利用したサーモスタットを光散乱装置に取り付けた。これら2点の装置改良において新たに部品を設計し直す必要があり、研究計画の遅れの原因となったが、すでに相図など実験遂行上不可欠な情報は得られているため致命的な遅れではなく、今年度で実験遂行し挽回することは十分可能である。

Strategy for Future Research Activity

AOT系スポンジ相について、AOT濃度を変えた試料を用い流動下における小角X線散乱測定(Rheo-SAXS)を行い、二分子膜の配向状態とシアシニング/ニュートニアン変化の相関を明らかにする。同時に拡散波分光測定(DWS)によるマイクロレオロジー測定をすすめる。さらにRheo-DWS測定により流動下において二分子膜のマイクロレオロジー挙動がどのように影響されるのか調べる。特に、二分子膜のなみうち揺らぎと流動場との動的結合に着目し、揺らぎ抑制とレオロジー特性との相関を明らかにする。同様のRheo-SAXS測定、DWS測定を、(1)リン脂質DMPG系、(2)非イオン性界面活性剤C10E3+不純物混合系についても行い、二分子膜系のレオロジー挙動における普遍性の存在を議論する。リン脂質DMPG系では、二分子膜のゲル化を利用して膜の弾性特性、膜内粘度を系統的に制御しつつ実験を行うことで、膜の弾性特性の観点からレオロジー挙動を整理する。そして、非イオン性界面活性剤C10E3+不純物系では、溶媒粘度を制御する。これらの実験結果をまとめることにより、膜と溶媒とのレオロジー特性の対称性の観点から二分子膜系のレオロジー挙動を系統的にまとめる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

研究費は主に化学薬品類(試料代)として使用する。リン脂質は高価でありレオロジー測定やDWS測定を行うために一定量の試料が必要である。またDWS測定には単分散ポリスチレンラテックス微粒子が必須であり、十分な実験量を確保するために薬品類として合計90万円を計上する予定である。また8月にレオロジー分野で最大の国際会議であるInternational Congress on Rheology、日本物理学会や日本レオロジー学会などの国内会議において研究成果報告を行うための旅費として使用する。海外、国内旅費として合計50万円を計上する予定である。その他、ガラス器具類や、試料調整用の窒素ガスなど、消耗品費として20万円を計上する予定である。これらの合計はH24年度の直接経費160万円である。

  • Research Products

    (6 results)

All 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Shear-induced onion formation of polymer-grafted lamellar phase2012

    • Author(s)
      S. Fujii, D. Mitsumasu, Y. Isono, W. Richtering
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 8 Pages: 5381-5390

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Elasticity of smectic phase with focal conic domains2011

    • Author(s)
      S. Fujii, S. Komura, Y. Ishii and C.-Y. D. Lu
    • Journal Title

      Journal of Physics : Condensed Matter

      Volume: vol.23 Pages: 235105-1-7

    • DOI

      10.1088/0953-8984/23/23/235105

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] スメクチック液晶におけるずり流動誘起非平衡相転移2012

    • Author(s)
      藤井修治、好村滋行
    • Organizer
      日本物理学会67年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012年3月24日
  • [Presentation] 複合二分子膜ラメラ相のずり誘起オニオン形成2011

    • Author(s)
      藤井修治、光増大輔、五十野善信
    • Organizer
      第34回バイオレオロジー学会年会
    • Place of Presentation
      関西大学
    • Year and Date
      2011年6月3日
  • [Presentation] 三元ブロック共重合体ラメラ相のずり誘起構造転移2011

    • Author(s)
      藤井修治
    • Organizer
      第1回ソフトマター研究会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2011年8月3日
  • [Presentation] 両親媒性ブロック共重合体と界面活性剤からなる複合ラメラ相のオニオン相形成2011

    • Author(s)
      藤井修治、光増大輔、五十野善信
    • Organizer
      第59回レオロジー討論会
    • Place of Presentation
      市民文化会館(群馬県桐生市)
    • Year and Date
      2011年10月6日

URL: 

Published: 2013-07-10  

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