ナノ生体表面機能の模倣による分散性超微粒子の合成と集合状態制御

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450313
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 神谷 秀博 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助教授 (20183783)
• 研究分担者: 荻野 賢司 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助教授 (10251589) ; 片山 義博 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助教授 (10214339)
• キーワード: 分散性ナノ粒子 / ナノプール構造 / ゾルゲル法 / チタン酸バリウム / 凝集・分散制御 / コロイドプローブAFM / 沈降抑制 / 均質化ナノ粒子

研究概要

細菌・微生物等ナノスケール生体の表面および微生物や植物などが代謝、生成物の特殊な機能の中で、ナノサイズのウイルスや微生物の鞭毛が液中で凝集や絡まりを起こさないことに着目し、これらの機能を用いた分散安定性が極めて高いナノ粒子の合成法の構築を目指した。今年度は、昨年度、3〜40nm程度のゾルゲル法によるチタン酸バリウム超微粒子の合成溶液に、分子量500〜700の特異なシス構造と高い親水基密度を有する酵素の代謝物の抽出物を添加して粒子を合成した結果、合成反応を阻害しないで合成と同時に発生する不規則で粗大な凝集現象を抑制できた機構の解明を試みた。この目的のため、界面活性物質の合成溶液内での挙動や粒子への吸着状態などの基礎的挙動を評価するとともに、構造は直鎖状であるが同様の親水基密度と分子量を有する界面活性剤を人工的に合成し、合成時に添加した。その結果、界面活性物質はBaイオンと錯体を形成し、この錯体にTiのアルコキシドと遊離しているBaイオンが反応して核生成・成長する過程が分散性に重要であることが求められた。人工物でも同様に分散安定性が観察され、分散性には錯体形成が重要であることが確認された。しかし、生成した粒子の均一性は生物由来の粒子の方が高い傾向があり、生体由来の界面活性物質の特異な屈曲構造がつくるナノプール構造が均質化に作用している可能性を示唆した。
他のナノ粒子合成プロセスにも本プロセスの有効性を検討するため、Baと同じ二価陽イオンを原料とするCaイオンや鉄イオンを原料とする物質として炭酸カルシウムの均一沈殿法プロセスに応用した結果、特に人工的に作製した界面活性物質で分散安定性の向上が認められた。イオンを生成しないTEOSを原料としたゾルゲル法シリカに本手法を適用したが、分散性向上にほとんど効果がなかったことから「錯イオン形成過程が分散性ナノ粒子を得る上で重要と考えられた。

研究成果

• [文献書誌] 五味健二郎, 田中謙次, 神谷秀博: "チタン酸バリウム微粒子の超高圧CIP成形"日本セラミックス協会学術論文誌. 111巻(掲載決定). (2003)
• [文献書誌] H.Kamiya, K.Gomi, Y.Iida, K.Tanaka, T.Yoshiyasu, T.Kakiuchi: "Preparation of highly dispersed ultra-fine barium titanate powder by using microbial-derived surfactant"Journal of American Ceramic Society. (accepted). (2003)
• [文献書誌] 神谷秀博: "材料・ナノテク分野への化学工学の役割"ケミカルエンジニアリング. 48巻1号. 7-11 (2003)
• [文献書誌] H.Kamiya, M.Naito: "Synthesis, Functionalization and Surface Treatment of Nanoparticles, Chapter 12 Characterization of surface structure and interaction between particles"Ed. by M. I. Baraton, American Scientific Publishers, California. 257-278(302) (2003)