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2019 年度 実績報告書

氷結および非氷結水溶液の液体からガラス状態への動的階層構造

研究課題

研究課題/領域番号 16K05522
研究機関東海大学

研究代表者

新屋敷 直木  東海大学, 理学部, 教授 (00266363)

研究分担者 八木原 晋  東海大学, 理学部, 教授 (40191093)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード誘電緩和 / 水溶液 / 高分子 / たんぱく質 / アルコール / 氷 / ガラス転移 / 階層構造
研究実績の概要

ゼラチン、牛血清アルブミン(BSA)、リゾチウム、poly(vinyl pyrrolidone) PVP, poly(ethylene imine)PEI, poly(vinyl methyl ether) PVME, およびpoly(ethylene glycol)水溶液について、高分子濃度 60 wt.%以上の氷結しない水溶液と、氷結する水溶液の10 mHz-50 GHzの周波数域、室温から-150℃の温度域での広帯域誘電分光(BDS)測定を行った。氷結した水溶液で、不凍水、氷、水和した高分子の分子運動による緩和が観測された。さらに水溶液で複数の氷の緩和の存在を明らかにした。また、これまで水和した高分子の緩和は界面分極が重なっている特徴を示したが、PVP水溶液でPVPの分子運動と界面分極の関係を明らかにした。
氷結しない濃度のPVP, PEI,およびPVME水溶液で、主に水と高分子の分子運動に起因する緩和が本研究によってはじめて同時に観測された。高分子と水の分子運動の速さは何ケタも異なっているが互いに影響し合っていることを明らかにした。
水溶液と比較するためプロピレングリコール、エチレングリコール、プロパノールの65wt% PVP溶液のBDS測定を行った。PVP水溶液ではPVPのα緩和と水の2種類の緩和が同時に観測され、速い水の緩和時間はPVPのα緩和のガラス転移温度(Tg PVP)でnon-Arrhenius-Arrheniusクロスオーバー(non-A-A CO)を示した。一方、PVPアルコール溶液でもPVPのα緩和が観測された。Tg PVP以上で1つアルコールの緩和が観測されたが、Tg PVP以下で2または3つの緩和に分離し、遅い溶媒の緩和のガラス転移温度付近で速い溶媒の緩和でnon-A-A COが現れた。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Dynamics of Uncrystallized Water, Ice, and Hydrated Polymer in Partially Crystallized Poly(vinylpyrrolidone)?Water Mixtures2020

    • 著者名/発表者名
      Fujii Mitsuki、Sasaki Kaito、Matsui Yurika、Inoue Shiori、Kita Rio、Shinyashiki Naoki、Yagihara Shin
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 ページ: 1521~1530

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.9b11552

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Heterogeneous solvent dielectric relaxation in polymer solutions of water and alcohols2020

    • 著者名/発表者名
      K. Sasaki, K. Bandai, M. Takatsuka, M. Fujii, M. Takagi, R. Kita, S. Yagihara, H. Kimura, N. Shinyashiki,
    • 雑誌名

      Frontiers in Physics

      巻: 8 ページ: 84-1, 84-11

    • DOI

      10.3389/fphy.2020.00084

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 広帯域誘電分光法による氷結したリゾチーム水溶液の分子運動2019

    • 著者名/発表者名
      小田切李沙, 塚原達也, 藤井慎季, 高塚将伸, 佐々木海渡, 喜多理王, 新屋敷直木, 八木原晋
    • 学会等名
      H2Oを科学する2019, 北海道大学低温科学研究所
  • [学会発表] 広帯域誘電分光法によるウシ血清アルブミン水溶液の氷結状態における分子運動2019

    • 著者名/発表者名
      塚原達也, 小田切李沙, 藤井慎季, 高塚将伸, 佐々木海渡, 喜多理王, 新屋敷直木, 八木原晋
    • 学会等名
      H2Oを科学する2019, 北海道大学低温科学研究所
  • [学会発表] 誘電分光法による氷結したPoly(vinyl pyrrolidone)水溶液の氷の誘電緩和現象2019

    • 著者名/発表者名
      藤井慎季, 松井ゆりか, 佐々木海渡, 喜多理王, 新屋敷直木, 八木原晋
    • 学会等名
      H2Oを科学する2019, 北海道大学低温科学研究所
  • [学会発表] 液体からガラス状態のPoly (vinyl methyl ether)水溶液における水と高分子の誘電緩和2019

    • 著者名/発表者名
      高塚将伸, 佐々木海渡, 喜多理王, 新屋敷直木, 八木原晋
    • 学会等名
      H2Oを科学する2019, 北海道大学低温科学研究所
  • [学会発表] 誘電分光法による氷結したリゾチーム水溶液の分子ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      小田切李沙, 塚原達也, 藤井慎季, 高塚将伸, 佐々木海渡, 喜多理王, 新屋敷直木, 八木原晋
    • 学会等名
      2019SASシンポジウム
  • [学会発表] 広帯域誘電分光法による氷結状態のウシ血清アルブミン水溶液の分子運動2019

    • 著者名/発表者名
      塚原達也, 小田切李沙, 藤井慎季, 高塚将伸, 佐々木海渡, 喜多理王, 新屋敷直木, 八木原晋
    • 学会等名
      2019SASシンポジウム
  • [学会発表] Poly(vinyl pyrrolidone)-propylene glycol 溶液の高分子とアルコールの誘電緩和2019

    • 著者名/発表者名
      藤井慎季, 萬代健太, 高塚将伸, 佐々木海渡, 喜多理王, 新屋敷直木, 八木原晋
    • 学会等名
      2019SASシンポジウム
  • [備考] RGMS

    • URL

      http://www.sp.u-tokai.ac.jp/~rgms/pub/articles.html#2020

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公開日: 2021-01-27  

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