研究課題
基盤研究(C)
本研究では高分子などの機能性材料の表面分子構造と材料の生体適合性や表面摩擦特性などの表面物性との相関を解明するために、高い感度と界面選択性を持つ和周波発生(SFG)分光法を応用し、種々の環境下において材料の表面分子構造の決定を試みた。また、材料表面にラッピング処理等を施し、その表面分子構造の変化を分子レベルで評価した。本研究においては、柔らかい高分子材料の特性に合わせた分光測定セルを設計・作製した。SFG分光計測は、内部反射型の光学配置で測定を行った。一連のポリアクリレート系高分子やその共重合体、ポリイミド系高分子などの薄膜をCaF_2プリズムの平面にスピンコーティングによって作製した。SFG分光法で測定した結果、各高分子のバルクはアモルファスであるにもかかわらず、その表面において、側鎖がある程度の配向秩序をもっていることが分かった。また、水溶液中ではポリアクリレート高分子の表面構造の変化が確認できた。水中に浸漬すると、PMEA表面にある側鎖エステル結合のカルボニル基(C=O)の伸縮振動は1740cm^<-1>から1720cm^<-1>へレッドシフトし、表面におけるC=O基の大多数が水分子と水素結合を形成したことがわかった。一方、ポリ-2-ヒドロキシエチルメタクリレート(PHEMA)の表面では、浸漬直後ではこの水素結合が観測されたが、浸漬時間とともに大きく減少したことが観測された。そこで、(MEA)_<m>-co-(HEMA)_n(m, n=0〜1.0)共重合体を用い、純水中への浸漬に伴う表面分子配向および水素結合の状態についても詳細に検討した。また、ポリメチルメタクリレート(PMMA)及びポリ-n-ブチルメタクリレート(PBMA)などの高分子表面においては、このような水素結合があまり強く観測されなかった。このような表面水素結合は、PMEAに特有な生体適合性との関連性が示唆された。これらのポリアクリレート表面にラッピング処理を施したが、SFGスペクトル上では変化があまり見られず、等方性であることが分かった。その他、ポリイミド系高分子の薄膜については、ラッピング前後に表面構造の大きな変化が観測され、表面構造異方性の存在が確認できた。この表面異方性構造の発現はポリイミド分子の官能基の種類やπ-πスタッキング状態などに依存することが分かった。その構造解析により、ラッピングによる表面構造変化の詳細について明らかにし、機能性の発現と性能向上の可能性についても検討した。
すべて 2006 2005
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