生体系モデルとしてのソフトマター複合系の秩序形成

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15340138
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理
• 研究機関: お茶の水女子大学
• 研究代表者: 今井 正幸 お茶の水女子大学, 理学部, 教授 (60251485)
• 研究分担者: 中谷 香織 お茶の水女子大学, 理学部, 助手 (50323861) ; 浦上 直人 山口大学, 理学部, 講師 (50314795)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: ソフトマター複合系 / 高分子 / 液晶 / 界面活性剤 / 枯渇相互作用 / モデル生体膜

研究概要

本研究の目的は、生体系モデルとしても重要と考えられる以下の3つの異種ソフトマター複合系について、その秩序形成機構をソフトマター物理の観点から、実験・シミュレーション技法を用いて明らかにすることである。
1)液晶分子+高分子複合系:生体系ではタンパク質・ウイルス・アクチンフィラメントなどの異方性分子が高分子の添加により結晶化やネマティック液晶化などの秩序形成することが知られている。本研究では、生体高分子のように高分子鎖の剛直性が高い場合は、従来知られているよりも2桁から3桁ほど強い引力相互作用(枯渇相互作用)が棒状ウイルス間に働く事を見出した。
2)界面活性剤膜+高分子複合系:生体中では、分子膜が層状にスタックしたラメラ構造があり、ラメラ層間の水相には多くの生体高分子が溶け込んでいる。本研究ではラメラ膜間に、コロイド粒子・水溶性高分子を添加すると、高分子の場合は膜間に引力相互作用が、コロイド粒子では斥力相互作用が誘起される事を見出し、膜間に存在するソフトマターの種類によって膜間相互作用が大きく変化する事を明らかにした。
3)界面活性剤膜+両親媒性ブロック共重合体複合系:生体膜は、脂質膜内に蛋白質や糖脂質分子等の両親媒性分子が埋め込まれた状態で存在している。本研究では、両親媒性高分子を界面活性剤分子膜系に埋め込んだ場合、その高分子鎖の拡がりにより膜の曲げ弾性率が増大し、膜間に斥力相互作用が誘起される事を明らかにした。このように膜に高分子鎖をグラフトすることにより膜の弾性的性質が変化する事を見出した事は、今回の申請で生体膜の秩序化を考える上での基盤となっている。
以上みてきたように、この研究では生体系に題材をとったソフトマター複合系での秩序形成および相互作用の基本的理解を大きく進める事ができた。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of Grafted Polymer Chains on Lamellar Membranes (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Masui, et al.
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 124 ページ: 074904-1-074904-12
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effects of Grafted Polymer Chains on Lamellar Meumbranes (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Masui, M.Imai, K.Nakaya, T.Taniguchi
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 124 ページ: 074904(12pages)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Surfactant Mesophases Mediated by Colloidal Particles (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, et al.
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens.Matter, 17 ページ: S2929-S2936
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Shear-Induced Structural Transition in a Lyotropic Lamellar Phase Studied by Small-Angle Neutron and Light Scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Kato, et al.
  • 雑誌名: J.Phys.:Condens.Matter, 17 ページ: S2923-S2928
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Kinetic pathway to double gyroid structure (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, et al.
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 122 ページ: 214906-1-214906-10
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Polymer-Confinement-Induced Nematic Transition of Microemulsion Droplets (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Nakaya, et al.
  • 雑誌名: Europhysics Letters 71 ページ: 494-500
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Spinodal Crystallization of Polymers : Crystallization from the Unstable Melt (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Kaji, et al.
  • 雑誌名: Adv.Polym.Sci. 191 ページ: 187-240
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Static and Dynamic Structures of Spherical Nonionic Surfactant Micelles during the Disorder-Order Transition (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, I.Yoshida, T.Iwaki, K.Nakaya
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 122 ページ: 044906(1)-044906(9)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Surfactant Mesophases Mediated by Collidal Particles (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, Y.Suganuma, K.Nakaya, S.Komura
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens.Matter 17 ページ: S2929-S2936
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Shear-Induced Structural Transition in a Lyotropic Lamellar Phase Studied by Small-Angle Neutron and Light Scattering (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Kato, K.Miyazaki1, Y.Kawabata1, S.Komura, M.Fujii1, M.Imai
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens.Matter 17 ページ: S2923-S2928
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Kinetic pathway to double gyroid structure (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, K.Sakai, M.Kikuchi, K.Nakaya, A.Saeki, T.Teramoto
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 122 ページ: 214906(1)-214906(10)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Polymer-Confinement-Induced Nematic Transition of Microemulsion Droplets (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Nakaya, M.Imai, S.Komura, T.Kawakatsu, N.Urakami
  • 雑誌名: Europhysics Letters 71 ページ: 494-500
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Spinodal Crystallization of Polymers : Crystallization from the Unstable Melt (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Kaji, K.Nishida, T.Kanaya, G.Matsuba, T.Konishi M.Imai
  • 雑誌名: Adv.Polym.Sci. 191 ページ: 187-240
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Anomalous Decrease in Lamellar Spacing by Shear Flow in a Nonionic Surfactant/Water System (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Kato, et al.
  • 雑誌名: Langmuir 20 ページ: 3504-3508
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Inter-lamellar interactions modulated by addition of guest components (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, et al.
  • 雑誌名: Eur.Phys.J.E. 13 ページ: 391-340
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Morphology Transition from Sphere to Rod by Confining the Polymer Chains in a Dilute Microemulsion System (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Nakaya, et al.
  • 雑誌名: American Institute of Physics Conference Proceedings 708 ページ: 106-107
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Anomalous Decrease in Lamellar Spacing by Shear Flow in a Nonionic Surfactant/Water System (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Kato, K.Minewaki, Y.Kawabata, M.Imai, Y.Takahashi
  • 雑誌名: Langmuir 20 ページ: 3504-3508
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Inter-lamellar interactions modulated by addition of guest components (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, R.Mawatari, K.Nakaya, S.Komura
  • 雑誌名: Eur.Phys.J.E. 13 ページ: 391-400
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Morphology Transition from Sphere to Rod by Confining the Polymer Chains in a Dilute Microemulsion System (2004)
  • 著者名/発表者名: K.Nakaya, M.Imai, S.Komura, N.Urakami
  • 雑誌名: American Institute of Physics Conference Proceedings 708 ページ: 106-107
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Inter-Lamellar Interaction Mediated by Amphiphilic Triblock Copolymer (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Masui, M.Imai, K.Nakaya
  • 雑誌名: American Institute of Physics Conference Proceedings 708 ページ: 108-109
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Fluctuation Modes Prior to Lamellar-Double Gyroid Transition of a Nonionic Surfactant/Water System (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, K.Nakaya, T.Kawakatsu
  • 雑誌名: American Institute of Physics Conference Proceedings 708 ページ: 114-115
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Dependence of Sphere Size on the Phase Behaviors for the Mixture of Rods and Spheres. (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Urakami et al.
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 119 ページ: 2463-2470
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The Effect of the Sphere Size on the Phase Behaviors in the Rod and Sphere Mixture System. (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Urakami et al.
  • 雑誌名: Journal of Macromolecular Science, Physics edition, 42 ページ: 533-543
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effects of Guest Hydrophobic Molecule on Stability of Ordered Meso Structure of a Surfactant/Water System (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, et al.
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 119 ページ: 3891-3895
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynamical Nature of Least Stable Fluctuation Modes of Lamellar Structure Observed in a Nonionic Surfactant/Water System (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, et al.
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 119 ページ: 8103-8111
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Details of Structure Formation During the Induction Period of Spinodal Type Polymer Crystallization (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Kaji, et al.
  • 雑誌名: Journal of Macromolecular Science, Physics edition, B42 ページ: 709-715
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The Effect of the Sphere Size on the Phase Behaviors in the Rod and Sphere Mixture System (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Urakami, M.Imai
  • 雑誌名: Journal of Macromolecular Science, Physics edition 42 ページ: 533-543
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Dependence of Sphere Size on the Phase Behaviors for the Mixture of Rods and Spheres. (2003)
  • 著者名/発表者名: N.Urakami, M.Imai
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 119 ページ: 2463-2470
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dynamical Nature of Least Stable Fluctuation Modes of Lamellar Structure Observed in a Nonionic Surfactant/Water System (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Imai, K.Nakaya, T.Kawakatsu, H.Seto
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 119 ページ: 8103-8111
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Details of Structure Formation During the Induction Period of Spinodal-Type Polymer Crystallization (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Kaji, K.Nishida, G.Matsuba, T.Kanaya, M.Imai
  • 雑誌名: Journal of Macromolecular Science, Physics edition B42 ページ: 709-715
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Microdomain Formation in Model Biomembranes
  • 著者名/発表者名: T.Masui, et al.
  • 雑誌名: Physica B (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Polymer Crystallization from the Metstable Melt ; The formation mechanism of spherulites
  • 著者名/発表者名: M.Imai et al.
  • 雑誌名: Polymer, (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Microdomain Formation in Model Biomembranes
  • 著者名/発表者名: T.Masui, M.Imai, N.Urakami
  • 雑誌名: Physica B (in press.)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Microdomain Formation in Model Biomembranes
  • 著者名/発表者名: T.Masui, M.Imai, N.Urakami
  • 雑誌名: Physica B (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Polymer Crystallization from the Metstable Melt : The formation mechanism of spherulites
  • 著者名/発表者名: M.Imai, K.Kaji
  • 雑誌名: Polymer (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より