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

2003 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, 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, 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・微生物などナノスケール生体の代謝物質である人工的な合成物では合成困難な生体由来分子を用い、分散安定性が極めて高いナノ粒子の合成法の構築、および生体由来分子の作用機構の解明を同様な親水基密度と分子量は有するが特殊な屈曲構造を有さない直鎖型オリゴマーを合成し、分散安定性を比較することで作用機構の解明を試みた。粒子径10〜40nm程度のゾルゲル法チタン酸バリウムナノ粒子合成時に本生体由来分子を用い、凝集径の著しい減少と粒子径の均一化が得られることが確認された。合成過程での原料イオンと生体由来分子の相互作用を解析した結果、原料のBaイオンと生体由来分子が錯体を形成し、この錯体形成を核にして生体由来分子が作るナノプール内で粒子が生成・成長することで分散性の高いナノ粒子が合成できることが確認された。そこで、他の二価、三価の陽イオンを原料とする粒子として、共沈法による炭酸カルシウム、ゲルゾル法による酸化鉄超微粒子を対象に、生体由来分子のCOO基がほぼ解離する高いpH条件で、Caイオン、Feイオンを供給し、錯体形成後に、ナノ粒子合成を開始した。その結果、炭酸カルシウムでは、Caイオンと生体由来分子中のCOO基モル比COO/Ca=0.75以下では、結晶相はカルサイト相を維持したまま、粒子径の減少と分散安定性が向上し、チタン酸バリウムと同様の効果が得られた。さらに添加量を増やすと、粒子径10nm以下に微細化し、結晶相もバテライト相に変化した。ゲルゾル法による酸化鉄粒子合成系に添加すると、ある添加量から、水酸化鉄ゲルからヘマタイト粒子への反応が進行せず、水酸化鉄ナノ粒子で反応が止まった。この水酸化鉄ナノ粒子は高い分散安定性を有しており、分散性ナノ粒子の合成、粒子結晶相の制御、さらにこの生体由来分子は粒子内に留まる事から、有機・無機複合ナノ粒子化している可能性も示唆された。

研究成果

• [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"J.Am.Ceram.Soc.. 86巻12号. 2011-2018 (2003)
• [文献書誌] Y.Yonemochi, Y.Iida, K.Ogino, H.Kamiya: "Preparation of Highly Dispersed Ultra-Fine Barium Titanate Powder by Using Acrylic Oligomer with High Density of Hydorophilic Group"Ceramics Transaction. 152. 27-35 (2004)
• [文献書誌] H.Kamiya, S.Matsuim T.Kakui: "Analysis of Action Mechanism of Anionic Polymer Dispersant with Different Molecular Structure in Dense Silicon Nitride Suspension by Using Colloidal Probe AFM"Ceramics Transaction. 152. 83-92 (2004)
• [文献書誌] M.Nojiri, H.Hasegawa, T.Ono, T.Kakui, M.Tsukada, H.Kamiya: "Influence of molecular structure of an anionic polymer dispersant on dense silicon carbide suspension behavior and microstructure of green body prepared by slip"J.Ceram.Soc.Japan. 111(5). 327-332 (2003)
• [文献書誌] M.Kang, J.H.Lee, S.-H.Lee, C.-H.Chung, K.Yoon, K.Ogino, S Miyata, S.-J.Choung: "Preparation of TiO2 film by the MOCVD method and analysis for decomposition of trichloroethylene using in situ FT-IR spectroscopy"Journal of Molecular Catalysis A : Chemical. 193. 273-283 (2003)
• [文献書誌] J.H.Lee, W.Nam, M.Kang, G.Y.Han, K.J.Yoon, M.-S.Kim, K.Ogino, S.Miyata, S.-J.Choung: "Design of two types of fluidized photo reactors and their photo-catalytic performances for degradation of methyl orange"Applied Catalysis A : General 244. 244. 49-57 (2003)
• [文献書誌] H.Kamiya, M.Naito: "Characterization of surface structure and interaction between particles, in "Synthesis, Functionalization and Surface Treatment of Nanoparticles""American Scientific Publishers. 302(257-278) (2003)