研究課題
基盤研究(B)
細孔径4nmの多孔質ガラス膜の細孔表面を光、pH,温度の刺激に応答する有機分子を導入することにより、これらの刺激に応答する刺激応答膜の創成を検討した。多孔質ガラスは、SiO_2,B_2O_3,Na_2Oを成分とするホウケイ酸ガラスより得た。この多孔質ガラスを使用して、可逆的付加-開裂連鎖移動(RAFT)型のリビングラジカル重合を行うことで、温度に応答してコンポメーションの大きく変化するポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAM)のグラフトを行った。その結果、ポリマの精密合成の方法として、さまざまな官能基を含むモノマーをリビング的に重合可能な可逆的付加-開裂連鎖移動(RAFT)型ラジカル重合法を用いることで、イオン強度、温度などに応答性を示すポリマーの精密合成が可能であることを確認した。PNIPAMをグラフトした多孔質ガラスは25℃で細孔のゲートが水和したポリマー鎖により封鎖され、物質の透過を抑制するが、40℃でポリマー鎖が脱水和を起こして収縮するため、細孔ゲートが開き、物質の透過が可能となることを、ベンジルアルコールを使用した水中での透過実験により確認した。光応答性については、多孔質ガラスの表面に塩化金酸の還元によって金微粒子をコーティングし、金微粒子と極めて反応性の高いチオールを有するアゾベンゼン(HS-(CH2)2-COHN-ph-N=N-ph)を合成し、これを金修飾多孔質ガラス表面へ導入した。6AzIOCOOH改質膜による窒素透過特性では、紫外線の照射非照射によって完全な気体透過のON-OFFが実現できなかったが、本方法で初めて刺激光照射非照射によって気体透過ON-OFFのスイッチングが実現できた。pH応答性については、4-トリエトキシシリルブチロニトリルを多孔質ガラスの細孔内に導入し塩酸酸性の条件下でニトリル基の加水分解を行うことによりカルボン酸基を導入した。当該カルボン酸は、約pH4程度で親疎水性が変化する。即ち、pH4以下では疎水性のために水溶液中では分子鎖が収縮し、pH4以上では、分子鎖が膨潤するので、こうした有機分子で改質した膜はpH応答性を有することが確認された。
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