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2018 年度 実施状況報告書

粒子間摩擦力の制御による対称性に優れた正四面体型荷電コロイド粒子会合体の構築

研究課題

研究課題/領域番号 17K04990
研究機関名古屋市立大学

研究代表者

山中 淳平  名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 教授 (80220424)

研究分担者 奥薗 透  名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 准教授 (10314725)
豊玉 彰子  名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 講師 (50453072)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードコロイド / 会合体 / クラスター / 微粒子 / 荷電粒子 / 静電相互作用 / 構造形成 / 凝集
研究実績の概要

研究実施計画に従い、下記(1)ー(3)項を検討した。
(1)粒子表面の高分子修飾による摩擦力の制御:29年度に引き続き、粒径500nmのシリカ粒子を用い、ポリアクリルアミド/ポリアクリル酸共重合を表面に導入した。より高電荷の粒子として、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムを導入した粒子も作製した。また、正電荷粒子について、昨年度はシランカップリング剤を用いて、表面に正荷電のアミノ基を導入したが、電荷数が経時的に減少したため、30年度はシランカップリング剤を用いて、カチオン性の高分子電解質を導入して用いた。
(2)対称性に優れた正四面体型会合体の作成と分級:29年度は正負粒子の4面体型のクラスターが生成する条件を検討したが、結合角度の対称性については、十分検討できなかった。30年度は、共焦点顕微鏡による3次元観察から結合角を評価し、ボンド配向パラメーターを用いた評価を行った。現在、ブラウン動力学を用いた計算機シミュレーションと比較している。また、得られたクラスターの電場による分級を検討し、会合数分布を狭くすることができた。なお、本年度も、オーストラリア中性子科学技術機構(ANSTO)との共同研究として、中性子散乱実験によるクラスターの構造解析を実施した。
(3) クラスラーの会合によるダイヤモンド構造の作成: ダイヤモンド格子の作成実験を開始した。これまでに2核会合体の生成を確認した。
なお、申請時に、本研究は国際宇宙ステーションにおける微小重力実験へ展開する予定であることを記載した。31年10月に米国スペースX社のドラゴンロケットにより打ち上げられ、国際宇宙ステーションにおいて実験を実施する予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の予定のうち、JAXA宇宙実験プロジェクトへの展開などの成果が得られた。また、計画に沿った検討を行い、クラスター実験に用いる粒子合成と粒子の表面修飾の手法を検討できた。計算機シミュレーションにより、無塩系では電荷比が1:3 のときに四面体型クラスターの収率が最大になり、電荷が大きいほど四面体型クラスターの構造が正四面体に近いこと、塩濃度が増加すると会合数も増加することなどが明らかになった。以上は計画された研究内容に基づく検討で、順調な成果が得られている。一方で、ダイヤモンド結晶の作成検討など、今後注力すべき課題もあり、標記の評価とした。

今後の研究の推進方策

これまでの検討で、クラスターの生成と結合角制御について、多くの知見を集積でき、多数の学会発表を行った。令和元年度は、不足のデータを補充して論文発表を行うとともに、ダイヤモンド格子構造の作成を継続して注力する。構造全体をゲルで固定し、共焦点顕微鏡などで観察する。昨年度も想定していた一方向成長による大型構造の形成を検討する。
これまで、得られた正四面体を組み合わせることでダイヤモンド構造を作製する計画であったが、正および負に帯電した、10nm程度の金属ナノ粒子系において、ダイヤモンド構造がワンステップを作製した研究例があり、参照しながらこちらの手法も併せて検討したい。当該手法では、クラスター生成が連続して起きていることになる。
また、従来想定していた、正四面体の結合による方法も継続して検討する。完全なダイヤモンド構造でなくとも、乱れた構造(アモルファスダイヤモンド)がフォトニックバンドギャップを形成するという報告もあり、顕微分光法などで光学特性も測定しながら検討する。

次年度使用額が生じた理由

研究費残額(七百七十七円)では本年度の研究遂行に有効な物品、消耗品が購入できないと判断されたため、次年度に充当することとした。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 産業財産権 (2件)

  • [国際共同研究] オーストラリア中性子科学技術機構(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      オーストラリア中性子科学技術機構
  • [雑誌論文] Mechanism of diffusiophoresis with chemical reaction on a colloidal particle2019

    • 著者名/発表者名
      Seki Tomotaka、Okuzono Tohru、Toyotama Akiko、Yamanaka Junpei
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 99 ページ: 012608

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.99.012608

    • 査読あり
  • [学会発表] Clustering of oppositely charged colloidal particles2018

    • 著者名/発表者名
      Junpei Yamanaka, Yoko Kondo, Hajime Hattori, Yushi Takeda, Minori Fujita, Hiroyuki Miki, Akiko Toyotama, and Tohru Okuzono
    • 学会等名
      IACIS 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Self Assembly of Colloidal Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Junpei Yamanaka
    • 学会等名
      International Symposium and School on Crystal Growth Fundamentals
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高分子ゲルによるコロイド粒子の固定化と物理吸着2018

    • 著者名/発表者名
      山中淳平
    • 学会等名
      バイオファーマジャパン2018
    • 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of 2D Charged Colloidal Crystals by Electrostatic Adsorption on Oppositely Charged Substrates2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Aoyama, A. Toyotama, T. Okuzono, J. Yamanaka
    • 学会等名
      International Symposium and School on Crystal Growth Fundamentals
    • 国際学会
  • [学会発表] Diffusiophoretic motion of a charged particle undergoing chemical reaction on its surface2018

    • 著者名/発表者名
      Tohru Okuzono, Tomotaka Seki, Akiko Toyotama, Junpei Yamanaka
    • 学会等名
      Soft Matter Physics
    • 国際学会
  • [学会発表] 反対符号に荷電したコロイド粒子のクラスター形成2018

    • 著者名/発表者名
      服部 肇、近藤陽子、竹田優志、山中淳平、豊玉彰子、奥薗 透
    • 学会等名
      第69回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] 荷電コロイド粒子の制御されたクラスター形成2018

    • 著者名/発表者名
      藤田みのり、三木裕之、豊玉彰子、奥薗 透、山中淳平
    • 学会等名
      第69回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] 荷電コロイド粒子の四面体型クラスターの構造評価2018

    • 著者名/発表者名
      三木裕之、藤田みのり、山本和史、豊玉彰子、奥薗 透、山中淳平
    • 学会等名
      第69回コロイドおよび界面化学討論会
  • [産業財産権] SERS測定用材料及びその製造方法2018

    • 発明者名
      豊玉彰子、山中淳平、奥薗透
    • 権利者名
      豊玉彰子、山中淳平、奥薗透
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-134965
  • [産業財産権] MIM型SPR測定用基板及びその製造方法2018

    • 発明者名
      山中淳平、豊玉彰子、奥薗透、青山柚里奈
    • 権利者名
      山中淳平、豊玉彰子、奥薗透、青山柚里奈
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-159185

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公開日: 2019-12-27  

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