| 研究課題/領域番号 |
18K05063
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| 研究機関 | 名古屋市立大学 |
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研究代表者 |
豊玉 彰子 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 講師 (50453072)
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| 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)
山中 淳平 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 教授 (80220424)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | コロイド / 微粒子 / 結晶成長 / コロイド結晶 |
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| 研究実績の概要 |
コロイド系は、一粒子のダイナミクスが光学顕微鏡によりその場観察でき、また粒子間相互作用の調節も容易であるため、タンパク質や低分子系など、原子・分子系（以下、原子系と略）全般の優れたモデル系として研究されている。
粒径が数100nmのコロイド粒子/水分散系に高分子や第二成分の微粒子を添加したときに生じる枯渇引力による結晶化は、光学顕微鏡によって観察できる。当研究室ではこれまでに、高分子電解質を添加したコロイド系について、共晶構造や多面体結晶の生成など、原子系に類似した現象を多数見出している。
本研究では、これらの様々な現象を原子系の結晶成長理論を用いて解析し、原子系との類似点・相違点を明確にすることで、枯渇引力コロイド系のモデルとしての妥当性を検証する。近年、枯渇引力による構造形成が生物細胞内でも見出されており、本研究の知見は広く自然界で観察される現象の理解に有用と期待される。
今年度は、比重マッチングを行った沈降の影響を受けない試料を作成して実験を行った。中性子散乱実験(オーストラリア原子力科学技術機構ANSTO)、共焦点レーザー走査型顕微鏡や光学顕微鏡観察により、種々の過飽和度における結晶の体積および面積とその時間発展を計測することで、コロイド系における非古典的結晶成長の存在を明らかにした。また、結晶成長過程の動画を解析することで、拡散で接近してきた粒子粒同士が、枯渇引力により会合することを明らかにした。
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| 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、１成分系における結晶成長に関して詳細なデータを得られたが、古典理論との比較など、今後注力すべき課題もあり、標記の評価とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度は、結晶成長の過程を過飽和度により評価した。次年度以降は、より詳細に粒子間相互作用を検討したい。結晶化のために、高分子電解質をコロイド系に添加して、枯渇引力を発現させている。高分子電解質の慣性半径は、高分子自体の濃度や系のイオン濃度によって変化する。結晶成長に用いた種々の条件における慣性半径は、理論との比較など今後の解析に必要であるため、静的光散乱測定などによって決定したい。
また、結晶成長の古典論では、結晶成長速度はBarton-Cabrera-Frank(BCF)則、結晶形態はJacksonモデルにより記述される。これらをコロイド系に適用する。相互作用の大きさは、成長速度(会合体・結晶サイズの時間発展により決定する)の大きさに相当する。結晶成長の古典論と比較して、結晶構造と成長速度の相関が、原子系の場合と同様であるかを検証する。
１成分系において解析方法を確立した後、コロイド粒子成分を複数系に拡張する予定である。これまでに、複数成分のコロイド系における共晶構造を明らかにしたが、速度論など古典論との対応は未検討である。初年度で得られた情報と比較しながら、ダイナミクスと形態の相関を古典論と比較する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初、顕微鏡観察の効率化を目指して、自動ステージを導入する予定で、150万円を計上していた。しかし、導入予定だったニコン製の自動ステージが廃番になり、また代替品は価格的に導入が不可となった。また、研究を進めるうちに、自動ステージを用いるより、手動で観察領域を決定した方が効率的であることが明らかになった。今後は、本研究を一層効果的に進めるために、顕微鏡の備品の購入予定である。
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