| 研究課題/領域番号 |
21KK0098
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
鳴瀧 彩絵 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10508203)
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| 研究分担者 |
高橋 倫太郎 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10794125)
舘野 道雄 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任助教 (20868468)
高島 舞 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10772345)
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| 研究期間 (年度) |
2021-10-07 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 水浄化材料 / ナノ粒子 / ベシクル / 自己組織化 / 表面処理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，分子スケールからミリメートルスケールにわたる４段階の階層構造を有する機能性多孔体からなる水浄化材料を開発する．研究代表者の独自技術であるシリカナノ粒子の液相自己組織化によるベシクル構造の形成を，スウェーデン側の研究代表者が有する膜化技術および表面処理技術と融合することで目標とする材料を創製する．さらに，ソフトマター物理の観点から，本材料創製プロセスの肝となる高分子と無機微粒子の協奏的自己組織化に関する学理を構築する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では、分子スケールからミリメートルスケールにわたる４段階の階層構造を有する機能性多孔体からなる水浄化材料を開発する。コアとなる技術として、シリカナノ粒子(Silica Nanoparticle, SNP)の液相自己組織化によるベシクル構造の形成を利用する。
SNP分散液にサブミリメートルスケールの細孔を有する直径約1 cm角のポリウレタンスポンジ(PUS)を添加し、温度応答性高分子であるPluronic 25R4の共存下、110℃で水熱処理を行うことで、PUSがシリカナノ粒子ベシクル (SNV) で覆われた階層的多孔体が得られる。洗浄によってSNVがPUSから脱離することが課題であったが、今年度、PUSの前処理（プラズマ処理方法）を最適化することで、SNVとPUSの結合を強化し脱離を防止できた。PUSの比表面積は 5,145 m2/m3 であるのに対し、SNVを担持したPUS (SNV-PUS) の比表面積は、洗浄後でも 1,352,304 m2/m3 に向上することを、リンショーピン大学のKr吸脱着測定から明らかにした。SNV-PUS では、PUS単独に比べて鉛イオンの吸着量が増加した。しかしながら、鉛イオンの吸着量は、SNV担持による表面積増大から期待される値を下回った。走査型電子顕微鏡による観察から、鉛イオンの存在下におけるSNVの溶解が原因であると示唆された。また、SNV-PUSは、PUS単独に比べてグラム陰性菌である B. diminutaに対する優れた吸着性を示した。SNV-PUSの表面を各種シランカップリング剤を用いて化学修飾し、B. diminuta に対する吸着性を調べたところ、負に帯電する表面が最も高い吸着能を示した。
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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
前年度の課題であったPUSとSNVの結合性向上を達成でき、シランカップリング剤を用いたSNV-PUSの表面修飾、および鉛イオンとバクテリアの吸着評価まで、一連の実験を計画通り実施できた。1月～2月にはリンショーピン大学からBjork氏と大学院生2名が名古屋大学を訪れ、メソポーラスシリカ薄膜の抗菌性試験やメソポーラスシリカ形成過程の小角X線散乱プロファイルの解析を行った。また、当初計画にはなかった高分子多孔質膜へのエレクトロスピニング法による電荷付与に成功し、新たな分離膜として発展させられる可能性を得た。若手研究者による国際共同研究の基盤の構築や更なる強化が行えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
SNV-PUSを4級アンモニウム塩型のシランカップリング剤で表面修飾することで、階層構造を持つ多孔体へ抗菌性を付与することに取り組む。高分子多孔質膜へのエレクトロスピニング法による電荷付与では、高分子濃度や加速電圧等の各種パラメータと電荷量の相関を明らかにする。さらに、シリカ多孔体の形成機構を小角X線散乱測定で調べる実験を、分担者の高橋氏が、リンショーピン大学のBjork氏と大学院生と共にフランスのESRFにて実施予定である。
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