スマートメンブレンのキャラクタリゼーション

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13133201
• 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: 猪股 克弘 名古屋工業大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80232578) ; 渡辺 順次 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (90111666) ; 柿本 雅明 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (90152595)
• キーワード: 分子キャビティー / スマートメンブレン / ミクロ・マクロスケール構造 / 三次元高分解能NMR顕微鏡 / 高配向ポリペプチドゲル / ポリエステル / ポリイミド / 分子設計

研究概要

高分子メンブレンの物性・機能の発現はメンブレン中のキャビティーの形状、サイズ、大きさとともにキャビティー内の相互作用場に密接に関係している。このような背景のもとに、高機能なメンブレンを設計し創製することが重要であるとともにキャビティーの高精度なキャラクタリゼーションが重要となる。本研究では、このような基礎的な戦略にしたがって高機能なキャビティーを有するスマートメンブレンを創製するとともに高精度なキャラクタリゼーションの方法論の開発とその展開を行う。したがって、本研究課題は1)新規なネットワークポリマーのキャビティーの高精度なキャラクタリゼーション物性・機能の解析評価の大きな展開を行うことと、2)液晶状態において、側鎖長鎖アルキル部と主鎖芳香族環部の一種のミクロセグリゲーションにより、様々なナノメーター・オーダーの独特な構造を形成する長鎖アルキル側鎖、また主鎖芳香族環部を有するポリエステルおよびポリイミドを創製し、その物性・機能の解析評価を行うこと、さらに、3)2)において創製したポリイミドから長鎖アルキル側鎖を除去し、分子キャビティーを有する新規なポリイミドを創製し、その物性・機能の解析評価を行うことである。それぞれの研究課題の成果は、1)ポリ(γ-ベンジルL-グルタメート)(PBLG)を1,4-ジオキサンに溶解して25%PBLG液晶溶液を調製し、10.5TのNMR磁場中に置くことによりネマチック液晶状態にしてPBLG鎖を配向させた後、エチレンジアミン架橋剤を加えて高配向PBLGゲルを創製したところ、μmスケールのチャンネルが磁場方向に発現したゲルを創製した。発現したチャンネルの構造を開発した三次元高分解能NMR顕微鏡を用いて解析し、中空のチャンネルを有する高配PBLGゲルについてチャンネルキャビティーがロッド状の試料を軸方向に貫通している様子をゲル中の溶媒ジオキサンを三次元高分解能NMR顕微鏡により捉え、ゲルの三次元画像の計測にも成功した。チャンネルが円柱軸に平行に貫くように続いていることが確認され、ロッド状ゲルの側面から500μmの領域にはチャンネルが形成されないこと、平均的なチャンネルの直径が98.9μmであることを明らかにした。高機能メンブレンの大きな展開が期待できる。2)直径数nmのチャンネルキャビティーを有する側鎖にアルキル鎖を有するポリエステル・ポリイミドを創製し、X線回折法などを用いて高い精度でキャラクタリゼーションに成功し、新規なメンブレン材料として期待できる。3)2)において創製したポリイミドから長鎖アルキル側鎖を除去し、分子キャビティーを有する新規なポリイミドの創製に成功した。現在高精度なキャラクタリゼーションを展開中である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Yamane, M.Matsui, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusional inhomogeneity of probe molecules in chemically -crosslinked polymer gels as studied by time -dependent diffusion NMR"Macromolecules. 36. 5655-5660 (2003)
• [文献書誌] M.Matsui, Y.Yamane, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando, K.Fu, J.Watanabe: "Structure and dynamics of rodlike polyester with long n -alkyl side chains over a wide range of temperatures by solid state ^<13>C NMR"J.Mol.Structure. 650. 175-185 (2003)
• [文献書誌] Y.Yamane, M.Matsui, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusion process of amino acids in polymer supports for solid -phase peptide synthesis as studied by ^1H pulsed-field-gradient spin -echo NMR"J.Appl.Polymer Sci.. 89. 413-421 (2004)
• [文献書誌] S.Kanesaka, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando, S.Fujishige: "Diffusional behavior of poly(diethylsil oxane)in the liquid crystalline and isotropic phases as studied by high field -gradient NMR"Macromolecules. 37. 453-458 (2004)
• [文献書誌] J.Hao, M.Jikei, M.Kakimoto: "Synthesis and comparison of hyperbranched aromatic polyimides having the same repeating unit by AB2 self -polymerization and A2+B3 polymerization"Macromolecules. 36. 3519-3528 (2003)
• [文献書誌] A.Takasu, M.Ishii, Y.Inai, T.Hirabayashi, K.Inomata: "Threo-Disyndiotactic Polymerization of(E,E)-Alkyl Sorbates Catalyzed by Bulky Organoaluminum Lewis Acid via "Alternating Turning Over Polymerization(ATOP)" Mechanism"Macromolecules. 36. 7055-7064 (2003)
• [文献書誌] K.Murata, S.Kuroki, E.Katoh, I.Ando: "Annual Reports on NMR Spectroscopy, Vol.51 : A Study of Conformational Stability of Polypeptide Blends by Solid State NMR Spectroscopy"Academic Press, London, UK. 57 (2003)