高分子ブラシの機能と近傍の水の動態との相関に関する研究

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: ソフトインターフェースの分子科学
• 研究課題/領域番号: 20106007
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 北野 博巳 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 教授 (40115829)
• 研究分担者: 源明 誠 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 助教 (70334711)
• 研究期間 (年度): 2008-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 高分子ブラシ / 双性イオン型高分子 / 和周波発生分光法 / O-H 伸縮振動 / 水の構造 / 表面開始ATRP

研究実績の概要

本年度は、ラジカル重合により調製したカルボキシベタイン型の単量体(CMB)とブチルメタクリレート(BMA)との共重合体(P(CMB-BMA))を、疎水化した半円筒型の溶融石英プリズム平坦面に浸漬法で薄膜として導入した。薄膜を被覆したプリズムを液体水に浸漬し、薄膜近傍の水に由来するSFGスペクトルを測定した。比較としてメタクリル酸とBMAの共重合体(P(MA-BMA)、ジメチルアミノエチルメタクリレートとBMAとの共重合体(P(DMAEMA-BMA))およびBMAのホモポリマー(PBMA)を被覆したプリズムについても同様の測定を行った。
双性イオン型単量体とBMAとの共重合体は、負あるいは正電荷を有する薄膜やPBMA膜と比較して、O-H伸縮振動に由来するSFGのシグナル強度の大幅な低下が観測された。PBMA修飾の石英表面では疎水性水和した水が、また正電荷や負電荷を有する薄膜表面では静電水和した水が、いずれも配向しているものと考えられる。一方、双性イオン型高分子薄膜では、その何れよりも配向が抑えられた水が界面に存在することを示している。
さらに、双性イオン基を末端に有するシランカップリング剤の自己組織化単分子膜(SAM)や、正または負電荷を末端に有するシランカップリング剤を混合し電荷中和させたSAMについても評価したところ、配向した水に由来するシグナル強度が未修飾の石英表面に比べて減少することが判明した。MAやDMAEMAを有する高分子ブラシ系では、静電水和により強く配向した水の層が存在することが見いだされている。これらのことは、双性イオン型高分子薄膜、双性イオン型SAM、さらに電荷中和した混合SAMで修飾された基板表面では、高分子と水との間の水素結合や静電相互作用、疎水性水和に由来する水分子の配向の程度が小さく、水の構造が大きくは乱されていないことを示している。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Two-Step Recrystallization of Water in Concentrated Aqueous Solution of Poly(ethylene glycol). (2013)
  • 著者名/発表者名: Gemmei-Ide, M.; Motonaga, T.; Kasai, R.; Kitano, H.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 117 ページ: 2188-2194
  • DOI: 10.1021/jp3102628
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-association of zwitterionic polymer-lipid conjugates in water as examined by scattering measurements. (2013)
  • 著者名/発表者名: Murou, M.; Kitano, H.; Fujita, M.; Maeda, M.; Saruwatari, Y.
  • 雑誌名: J. Colloid Interface Sci. 巻: 390 ページ: 47-53
  • DOI: 10.1016/j.jcis.2012.09.035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polymer brush with pendent glucosylurea groups constructed on a glass substrate. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitano, H.; Liu, T.; Tokuwa, K.; Li, L.; Iwanaga, S.; Nakamura, M.; Kanayama, N.; Ohno, K.; Saruwatari, Y.
  • 雑誌名: Eur. Polym. J. 巻: 48 ページ: 1875-1882
  • DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2012.08.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of water in the vicinity of a zwitterionic polymer brush as examined by sum frequency generation method. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kondo, T.; Nomura, K.; Murou, M.; Gemmei-Ide, M.; Kitano, H.; Ohno, K.; Noguchi, H.; Uosaki, K.; Saruwatari, Y.
  • 雑誌名: Colloids Surfaces B: Biointerfaces 巻: 100 ページ: 126-132
  • DOI: 10.1016/j.colsurfb.2012.05.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carboxymethylbetaine copolymer layer covalently fixed to a glass substrate. (2012)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H.; Li, L.; Nakaji-Hirabayashi, T.; Kitano, H.; Ohno, K.; Matsuoka. K.; Saruwatari, Y.
  • 雑誌名: Colloids Surfaces B: Biointerfaces 巻: 94 ページ: 107-113
  • DOI: 10.1016/j.colsurfb.2012.01.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recrystallization of Water in Non-Water-Soluble (Meth)Acrylate Polymers is Not Rare and is Not Devitrification. (2012)
  • 著者名/発表者名: Gemmei-Ide, M.; Ohya, A.; Kitano, H.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 116 ページ: 1850-1857
  • DOI: 10.1021/jp211473p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Binding of β-amyloid to sulfated sugar residues in a polymer brush. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitano, H.; Saito, D.; Kamada, T.; Gemmei-Ide, M.
  • 雑誌名: Colloids Surfaces B: Biointerfaces 巻: 93 ページ: 219-225
  • DOI: 10.1016/j.colsurfb.2012.01.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sum frequency generation study on the structure of water in the vicinity of an amphoteric polymer brush. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kondo, T.; Gemmei-Ide, T.; Kitano, H.; Ohno, K.; Noguchi, H.; Uosaki, K.
  • 雑誌名: Colloids Surfaces B. Biointerfaces 巻: 91 ページ: 215-218
  • DOI: 10.1016/j.colsurfb.2011.11.012
  • 査読あり
• [図書] シランカップリング剤の効果と使用方法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 北野博巳,李黎夫,中路正
  • 総ページ数: 15
  • 出版者: サイエンス&テクノロジー株式会社
• [産業財産権] 光分解性材料、基板およびそのパターニング方法 (2012)
  • 発明者名: 北野博巳、中路正、源明誠、岸岡高広、木村茂雄、広井佳臣、臼井友輝
  • 権利者名: 富山大学法人富山大学、日産化学工業株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-226380
  • 出願年月日: 2012-10-11