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古典的な酸素結合系であるサルコミン微結晶を分散、相溶性よく高分子中に担持させると、極めて鋭いS字型の酸素収着平行曲線を示すことを見出した。いわば協同的な結合反応が極めて単純な複合ポリマー材料で、気体酸素分子を対象にはじめて観測されたので、この協同過程をサルコミン微結晶の構造とそれを取り囲む高分子物性の作用として解析し、高分子に独特な協同効果としてシミュレーションするとともに、雰囲気の酸素濃度に応答して物性が顕著に変化するオンオフ素子として応用する可能性を明らかにすることが、本研究の目的である。本年度は、酸素分子の収着を平衡および動的に測定解析、次の成果を得た。
(1)エーテルから一定の手順で微結晶化したサルコミンを、ポリオクチルメタクリレートなどの簡単なポリマー中に均一に分散して、フィルムを作成した。ポリマーと微結晶の相溶性は高く、均質で柔軟なフィルムとなった。(2)サルコミン高分子への酸素の識別収着良を既設の気体収着測定装置で定量した。酸素濃度(分圧)と収着量の関係曲線を一連の条件で得た。酸素収着曲線は、雰囲気がある特定(具体的には例えば酸素分圧15cmHg)の酸素濃度に至るまではほぼゼロを保った後、急激に酸素収着が生起し、飽和に達する。この現象が再現性よく、一定特性のサルコミン高分子で認められることを確認した。(3)S字型収着曲線の位置と立ち上がり度を、協同的結合反応のHill式を修正してシミュレーションし、協同効果の係数(いわゆるアロステリック因子)として数値化できた。例えば、係数6はヘモグロビンの2.8に比較して著しく大きく、この系での協同的現象の強さを裏付けた。(4)酸素収着にともない試料片の可視部色調および赤外吸収は変化するので、これを標識として高速分光法により、高分子固相内での酸素結合過程をin situ追跡した。収着実験の結果と矛盾なく協同現象を解析できた。
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