ミクロ/マクロスケールダイナミックス解析システムの開発およびゲル科学への展開

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12355033
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 安藤 勲 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20016637)
• 研究分担者: 黒木 重樹 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (30293046) ; 佐藤 満 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (10143679)
• キーワード: 磁場勾配NMR / ゲル科学 / 高分子ゲル / 拡散係数 / NMRイメージング / ダイナミックス / 三次元画像化 / ミクロ・マクロスケール

研究概要

高分子ゲルの物性・機能と密接な関係のある網目鎖の揺らぎ運動過程の本格的な研究にはどうしても2000G/cm以上の磁場勾配を発生させることが可能な超磁場勾配NMRプローブの開発が必要である。それにより10^<-10>-10^<-11>cm^2/sの拡散係数の測定が可能となり、極めて遅い拡散過程の研究を大きくブレイク・スルーすることができる。これによりゲル系および高分子の融液・濃厚溶液のダイナミックスの研究に有力な方法として応用できる。また、このような超高磁場勾配システムをNMRイメージングに組み込むことにより高分解能三次元拡散画像化解析が可能となり、ダイナミックス解析法の可能性を大きく発展させることができ、これはゲル科学に大きな方法論を提供することになる。本研究では、このような2000G/cm以上の超磁場勾配発生のできるNMRプローブを電磁気学的設計をもとに試作し、世界でトップの超磁場勾配発生装置を試作することを目的のひとつとし、その試作を行い、この超磁場勾配NMRプローブを用いて、高分子ゲルの網目鎖の揺らぎ運動過程を解明することに応用して、可能性の高い研究成果を得つつある。
このような超高磁場勾配システムを利用して、高分子内のナノスケールのサイズの分子キャビティーの中にサイズの小さなプローブ分子を導入しその制限拡散を解析するシステムを開発してキャビティーの高精度なキャラクタリゼーションし、物性・機能の解析評価の大きな展開することを目的としている。今年度は1)高分子ネットワーク中のアミノ酸および溶媒の拡散過程を通してキャビティーの分子間相互作用およびサイズの解析、2)規則構造を有する高分子ネットワークの作成とそのネットワーク中と通してキャビティーの分子間相互作用およびサイズの解析、および3)水素ガスなどを高分子キャビティーの中に充填させてキャビティーの分子間相互作用およびサイズの解析を行い、得られた研究成果を論文として発表した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Yamane, M.Kobayashi, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusional Behavior of Solvents and Amino Acids in Network Polystyrene Gels as Studied by ^1H Pulsed-Field-Gradient Spin-Echo NMR Method"Macromolecules. 34. 5961-5967 (2001)
• [文献書誌] Y.Hotta, I.Ando: "A study of shrinkage process of a polymer gel under electric field by ^1H NMR imaging method using an NMR cell with thin platinum electrodes"J. Mol. Structure. 602/603. 165-170 (2002)
• [文献書誌] Y.Yamane, M.Kobayashi, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusional behavior of amino acids in solid-phase reaction field as studied by ^1H pulse-field- gradient spin-echo NMR method"Polymer. 43. 1767-1772 (2002)
• [文献書誌] M.Kobayashi, S.Kuroki, I.Ando, K.Yamauchi, H.Kimura, K.Okita, M.Tsumura, K.Sogabe: "A structural study of silicon-based interpenetrating polymer networks by solid state ^1H and ^<13>C NMR spectroscopy"J. Mol. Structure. 602/603. 321-333 (2002)
• [文献書誌] A.Mercier, S.Kuroki, I.Ando, H.Deleuze, O.Mondain-Monval: "Structural and dynamic study of chemically-modified polyHIPE by solid state ^<13>C NMR spectroscopy"J. Polymer Sci., Polym. Phys.. 39. 956-963 (2001)
• [文献書誌] Y.Yin, C.Zhao, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusional behavior of rod-like poly(n-alkyl L-glutamates) with different main-chain lengths in the thermotropic liquid crystalline state as studied by pulse field -gradient snin-echo ^1H NMR method"Macromolecules. 35(in press). (2002)
• [文献書誌] I.Ando, S.Kuroki, C.Zhao, M.Kobayashi, M.Matsukawa: "Polymer Gels and Networks : Chapter 2,"Marcel Dekkar, Inc. New York, USA. 73 (2002)