2013 Fiscal Year Research-status Report
アガロースゲルを用いたゲル中の物質輸送現象に関する研究
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25410231
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Rakuno Gakuen University |
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Principal Investigator |
金田 勇 酪農学園大学, 農食環境学群, 教授 (30458129)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ゲル / ソフトマター / レオロジー |
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| Research Abstract |
本課題の目的は溶媒がその自重の90%以上を占めるゲル内部の溶媒輸送現象を定量的に理解するためにアガロースゲルを用いて一定歪を印加した際の溶媒の流出挙動と力学的応答および光散乱測定による微視的構造に関する情報を得て、これらの情報から総合的にゲル内の溶媒輸送現象を解析することである。平成25年度の目標としては測定系の確立することとした。
１．一軸圧縮時の応力ー体積変化同時測定系の確立：力学的応答は万能試験機で検出し、その際にゲルの形状をデジタルカメラで記録することで力学応答ー体積変化同時測定系を確立することができた。この装置によりアガロースゲルに圧縮歪を印加した際に応力が指数関数的に減衰することが明らかになった。また同時測定されたゲルの体積も同様に指数関数的に減衰し、それぞれの減衰の時定数が同程度であったことから、アガロースゲルの圧縮変形により発生した応力はゲルからの溶媒の流出によって緩和していることが明らかになった。このような現象は化学結合により形成されたゲルで観察されている。本課題では物理ゲルであるアガロースゲルにおいても同様の現象が観察され、ゲルからの溶媒の絞りだしという現象が普遍的であることを明らかにした。
２．小角光散乱測定装置の製作：コロイド粒子の集合体のような比較的大きな構造体を観察する手法として小角光散乱法は有力な方法である。本課題ではスクリーンに投影されたサンプルからの散乱光をデジタル画像として得て、それを解析することで散乱光強度を決定するという方式で装置を製作した。アガロースゲルはゾルーゲル転移温度付近でゲル化させた場合、スピノーダル分解による濃度揺らぎがゲル内に凍結される。今回様々な温度でゲル化させたアガロースゲルの散乱プロファイルを本装置で得て解析した結果、特定の温度でゲル化させたアガロースゲルに数100nmサイズの濃度揺らぎが存在することが明らかになった。
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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
当初の計画通り、力学応答ー体積変化同時測定系および小角光散乱測定装置の製作が達成され、これらの装置を用いて圧縮歪が印加されたアガロースゲルからの溶媒輸送挙動が再現性よく測定可能となった。また小角光散乱装置は当初懸念されていた感度も問題なく、十分に本課題の研究に用いることができることが確認された。平成25年度の後半ではこれらの装置を用いて様々な温度でゲル化させたアガロースゲルについての測定データを取得し、現在はそのデータをまとめて論文を執筆中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通りに研究を推進する。平成２５年度に実施した、水溶媒を用いた実験結果（ゲル化温度によるアガロースゲルのネットワーク構造変化に関する実験）をまとめて論文化が現在進行中であり、平成26年度中の掲載を目指す。一方で平成26年度は当初計画に盛り込んだ溶媒の効果についての研究を中心に進めてゆく。具体的にはアガロースに対して良溶媒（多価アルコールなど）および貧溶媒（メタノール、エタノールなど）を水に添加した混合溶媒でゲルを調製し、それらのゲルの力学応答ー体積変化同時測定からゲル内の溶媒輸送に関する情報を得て、ゲル内のネットワーク構造に対するこれらの溶媒の影響を評価する。上述の既に得られた温度効果の実験結果と合わせて考察することで溶媒効果と温度効果が等価変換可能であるか否かを明らかにしたいと考えている。
現在のところでは大きな問題点は顕在化しておらず平成26年度も計画通りに推進可能であると考えている。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初計画に比べ消耗品の使用量が少なく済んだため。
概ね当初計画通りと考えている。実験に用いる試薬、消耗品として250,000円 成果発表として学会（レオロジー討論会を予定）参加旅費として100,000円。現在準備中の論文投稿費用（英文校正など）として50,000円の合計400,000円程度を使用する予定である。
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