| 研究課題/領域番号 |
21K04754
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27010:移動現象および単位操作関連
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
朝熊 裕介 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (40364038)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | マイクロ波 / 溶媒和 / 屈折率 / microwave / hydrogen bond / light speed / permittivity / Microwave / refractive index / micelle |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ミセルは、球状のみならず、ベクシル構造やラメラ構造等もあり、クラスター状態が複雑である。マイクロ波の照射時間や出力を変更し、その崩壊に必要な照射エネルギーの定量化により安定性の予測を行う。その照射中の屈折率の減少や照射後の屈折率の回復履歴から、外部因子によってミセル構造を制御する方法を探索する。最終的に、細胞が好む形や大きさに制御しつつ、医薬品の高効率運搬にむけた単分散なDDS粒子の創成プロセスを構築する。また、溶液のクラスター構造は、粘度、相分離特性に影響し、さらに、イオン解離特性、中和反応、気液平衡特性に関係する重要な因子であり、この関係性の解明についても挑戦する。
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| 研究実績の概要 |
昨年度の成果として、研究目的を達成するための装置であるマイクロ波照射中の液体の屈折率測定装置を完成させた。水に対して、各マイクロ波出力おける照射中、照射後の屈折率を算出できた。そこで、本年度は、純水から徐々に分子量の大きな溶質を添加し、種々の溶液の屈折率測定を行った。例えば、食塩水のマイクロ波照射中、照射後の屈折率の経時変化によると、純水よりもマイクロ波による屈折率低減効果が小さくなることがわかった。これは、ナトリウムイオンや塩素イオンと溶媒分子である周囲水分子から構成される溶媒和の安定性が原因と考えられる。イオン付近の水分子が強固に溶媒和を構成するため、その後のマイクロ波照射で溶媒和周囲の水分子が振動・回転した場合でも、溶媒和自体は比較的安定して存在する。そのため、イオンを含む溶媒和を中心とした水素結合ネットワークの崩壊が少なかった。さらに、イオンの存在により溶媒和が安定する影響が強く、マイクロ波照射による水分子の振動・回転により一部崩壊した水素結合ネットワークの再構築も純水よりも速くなったと考えられる。この効果は、イオンの濃度に強く影響し、高濃度ほど、マイクロ波による屈折率の低下割合が小さく、また、照射後の屈折率の回復も速くなった。一方で、エタノール水溶液は、純水の時と比べて、大きなエタノール分子が水素結合ネットワークに入り込むことによりその構造はいびつとなり、安定性を欠くことになる。そのため、マイクロ波照射によって、このネットワーク構造が純水よりも崩壊しやすくなったため、エタノール水ではマイクロ波の影響が大きくなった。このように、マイクロ波照射中や照射後の屈折率にとって、水素結合のネットワークがもっとも重要な因子であることがわかった。今年度、当初に想定した界面活性剤水溶液、糖類や高分子水溶液等に対して、徐々に分子量を大きくしていき、最終年度は、当初の目標を達成する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度にマイクロ波照射中の液体の屈折率測定装置を完成させ、純水の測定から、本年度は食塩水、エタノール水と測定を行い、次年度、大きい分子の溶液に挑戦していく。水分子だけでなく、極性の溶質にもマイクロ波は影響を及ぼすことを明らかにし、次年度に対する知見を得た。また、初年度の結果が英文誌に掲載され、本年度の結果も投稿中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
大きな分子を含む溶液にマイクロ波を照射した場合、その効果が小さい場合が考えられる。例えば、極性置換基をもつ分子は水溶液中では凝集していく。この凝集を分散させるためには、高出力の照射が必要になる。一方で、高出力の長時間照射は沸騰を引き起こすため、対策が必要になると考えられる。そのため、今後の課題として、マイクロ波連続照射だけでなく、パルス照射を行いエネルギーの分散を図り、高出力照射を可能にする。連続照射のみならずパルス照射で比較検証することで、高分子の分子集合特性を把握し、複雑系の現象の理論構築につなげる。
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